KR20230054608A - Negative electrode plates, secondary batteries, battery modules, battery packs and electrical devices - Google Patents

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신 순
리리 우
쉬앤 리
후이선 수
싱부 천
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Abstract

본 발명은 음극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 제공한다. 상기 음극 극판은 제1 코팅층, 제2 코팅층 및 집전체를 포함하고, 상기 제2 코팅층의 일측은 상기 집전체이며, 상기 제2 코팅층의 타측은 상기 제1 코팅층이고, 상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층은 실리콘계 재료를 포함한다. 상기 제1 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.5 내지 1.5이고, 상기 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.3 이하이다. 본 발명은 전지의 사이클 수명 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.The present invention provides a negative electrode plate, a secondary battery, a battery module, a battery pack, and an electric device. The negative electrode plate includes a first coating layer, a second coating layer, and a current collector, one side of the second coating layer is the current collector, and the other side of the second coating layer is the first coating layer, and the first coating layer and the first coating layer are the current collector. 2 The coating layer includes a silicon-based material. The mole ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the first coating layer is 0.5 to 1.5, and the mole ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer is 0.3 or less. The present invention can improve the cycle life and energy density of the battery.

Description

음극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치Negative electrode plates, secondary batteries, battery modules, battery packs and electrical devices

본 발명은 리튬 전지 분야에 관한 것으로, 특히 음극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치에 관한 것이다.The present invention relates to the field of lithium batteries, and more particularly to negative electrode plates, secondary batteries, battery modules, battery packs and electric devices.

리튬 이온 전지는 비에너지가 크고 작동 전압이 높으며 자기 방전율이 낮고 부피가 작으며 중량이 가벼운 등 특징을 갖고 있다. 전기 자동차의 급속한 발전에 따라 사람들이 리튬 이온 전지의 에너지 밀도 및 사이클 성능 등에 대한 요구 사항이 갈수록 높아지고 있다. 실리콘계 재료는 높은 비용량 특성으로 인해 차세대 리튬 이온 음극재의 이상적인 재료로 되었다.Lithium-ion batteries have characteristics such as high specific energy, high operating voltage, low self-discharge rate, small volume, and light weight. With the rapid development of electric vehicles, people have higher and higher requirements for the energy density and cycle performance of lithium ion batteries. Silicon-based materials have become ideal materials for next-generation lithium-ion anode materials due to their high specific capacity characteristics.

실리콘계 재료는 리튬 디인터칼레이션 과정에서 부피 변화가 커 리튬 이온 전지의 사이클 수명에 영향을 미치며,또한 실리콘계 재료는 1차 쿨롱 효율이 낮아 리튬 이온 전지의 에너지 밀도에 영향을 미친다.Silicon-based materials have a large volume change during the lithium deintercalation process, which affects the cycle life of a lithium ion battery, and silicon-based materials have a low primary coulombic efficiency, which affects the energy density of a lithium ion battery.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 안출된 것으로, 리튬 이온 전지의 사이클 수명 및 에너지 밀도를 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised in view of the above problems, and aims to improve the cycle life and energy density of lithium ion batteries.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 음극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 제공한다.To achieve the above object, the present invention provides a negative electrode plate, a secondary battery, a battery module, a battery pack and an electric device.

본 발명의 제1 양태는 제1 코팅층, 제2 코팅층 및 집전체를 포함하는 음극 극판을 제공한다. 상기 제2 코팅층의 일측은 상기 집전체이며, 상기 제2 코팅층의 타측은 상기 제1 코팅층이고, 상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층은 실리콘계 재료를 포함한다. 상기 제1 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.5 내지 1.5이고, 상기 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.3 이하이다.A first aspect of the present invention provides a negative electrode plate including a first coating layer, a second coating layer, and a current collector. One side of the second coating layer is the current collector, the other side of the second coating layer is the first coating layer, and the first coating layer and the second coating layer include a silicon-based material. The mole ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the first coating layer is 0.5 to 1.5, and the mole ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer is 0.3 or less.

이에 따라, 본 발명은 제1 코팅층 및 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비를 상조적으로 제어함으로써, 제1 코팅층은 리튬 이온 전지의 사이클 수명을 개선하고, 제2 코팅층은 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율 및 에너지 밀도를 향상시켜 리튬 이온 전지의 사이클 수명 및 에너지 밀도를 향상시킨다.Accordingly, the present invention is to synergistically control the molar ratio of the O element and the Si element of the silicon-based material in the first coating layer and the second coating layer, so that the first coating layer improves the cycle life of the lithium ion battery, and the second coating layer is lithium. Improve the primary coulombic efficiency and energy density of ion batteries to improve cycle life and energy density of lithium ion batteries.

임의의 실시형태에서, 상기 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.05 내지 0.2이며, 이는 리튬 이온 전지의 에너지 밀도를 개선하고, 전지의 사이클 수명도 함께 향상시킬 수 있다.In an optional embodiment, the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer is 0.05 to 0.2, which can improve the energy density of the lithium ion battery and also improve the cycle life of the battery.

임의의 실시형태에서, 상기 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)과 상기 제2 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A2) 간에는 0.8 ≤ A1 : A2 ≤ 1.2를 만족시키고, 이는 전지의 전체 수명 주기 동안 리튬 이온 전지의 박리 위험을 줄이고, 리튬 이온 전지의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있다.In any embodiment, 0.8 ≤ A 1 : A 2 ≤ 1.2 is satisfied between the weighted gram capacity (A 1 ) of the first coating layer active material and the weighted gram capacity (A 2 ) of the second coating layer active material, which is It is possible to reduce the risk of exfoliation of the lithium ion battery during the entire life cycle and improve the performance and safety of the lithium ion battery.

임의의 실시형태에서, 상기 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)은 500 mAh/g 내지 1000 mAh/g이고, 상기 제2 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A2)은 500 mAh/g 내지 1000 mAh/g이며, 이는 사이클 수명 및 에너지 밀도가 양호한 리튬 이온 전지를 얻을 수 있다.In any embodiment, the weighted gram capacity (A 1 ) of the first coating layer active material is 500 mAh/g to 1000 mAh/g, and the weighted gram capacity (A 2 ) of the second coating layer active material is 500 mAh/g to 1000 mAh/g, which can obtain a lithium ion battery with good cycle life and energy density.

임의의 실시형태에서, 상기 제1 코팅층에서 상기 실리콘계 재료의 함량은 18 wt% 내지 55 wt%이고, 상기 제2 코팅층에서 상기 실리콘계 재료의 함량은 7 wt% 내지 21 wt%이며, 사이클 수명 및 에너지 밀도가 양호한 리튬 이온 전지를 얻을 수 있다.In certain embodiments, the content of the silicon-based material in the first coating layer is 18 wt% to 55 wt%, the content of the silicon-based material in the second coating layer is 7 wt% to 21 wt%, and cycle life and energy A lithium ion battery with good density can be obtained.

임의의 실시형태에서, 상기 제1 코팅층은 제1 바인더를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 제2 바인더를 포함하며, 이는 제1 코팅층과 제2 코팅층의 계면 접착 효과를 향상시키고, 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 박리 위험을 더욱 감소시키며, 리튬 이온 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.In certain embodiments, the first coating layer includes a first binder, and the second coating layer includes a second binder, which improves the interfacial adhesion effect of the first coating layer and the second coating layer, and the first coating layer and The risk of peeling of the second coating layer may be further reduced, and safety of the lithium ion battery may be improved.

임의의 실시형태에서, 상기 제1 바인더 및 상기 제2 바인더는 각각 독립적으로 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 알긴산나트륨, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 글리콜, 카르복시메틸 키토산 및 스티렌부타디엔 고무 중 적어도 하나를 포함한다.In certain embodiments, the first binder and the second binder each independently include at least one of polyacrylic acid, polyacrylate, sodium alginate, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, carboxymethyl chitosan, and styrenebutadiene rubber .

임의의 실시형태에서, 상기 제1 바인더 및 상기 제2 바인더는 모두 폴리아크릴레이트계 바인더를 포함한다. 상기 제1 코팅층에서 상기 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 상기 제2 코팅층에서의 함량보다 적고, 접착 효과를 만족시키는 기초 상에서 전지의 에너지 밀도를 효과적으로 향상시키고 부자재 비용을 줄일 수 있다.In certain embodiments, both the first binder and the second binder include a polyacrylate-based binder. The content of the polyacrylate-based binder in the first coating layer is less than that in the second coating layer, and on the basis of satisfying the adhesive effect, the energy density of the battery can be effectively improved and the cost of auxiliary materials can be reduced.

임의의 실시형태에서, 상기 제1 코팅층에서 상기 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 3 wt% 내지 6 wt%이고, 상기 제2 코팅층에서 상기 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 4 wt% 내지 7 wt%이며, 접착 효과를 만족시키는 기초 상에서 전지의 에너지 밀도를 효과적으로 향상시키고 부자재 비용을 줄일 수 있다.In any embodiment, the content of the polyacrylate-based binder in the first coating layer is 3 wt% to 6 wt%, and the content of the polyacrylate-based binder in the second coating layer is 4 wt% to 7 wt% And, on the basis of satisfying the adhesion effect, it is possible to effectively improve the energy density of the battery and reduce the cost of subsidiary materials.

본 발명의 제2 양태는 본 발명의 제1 양태에 따른 음극 극판을 포함하는 이차 전지를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a secondary battery including the negative electrode plate according to the first aspect of the present invention.

본 발명의 제3 양태는 본 발명의 제2 양태에 따른 이차 전지를 포함하는 전지 모듈을 제공한다.A third aspect of the present invention provides a battery module including the secondary battery according to the second aspect of the present invention.

본 발명의 제4 양태는 본 발명의 제3 양태에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides a battery pack including the battery module according to the third aspect of the present invention.

본 발명의 제5 양태는 본 발명의 제2 양태에 따른 이차 전지, 본 발명의 제3 양태에 따른 전지 모듈 또는 본 발명의 제4 양태에 따른 전지 팩으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기 장치를 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides an electric device including at least one selected from the secondary battery according to the second aspect of the present invention, the battery module according to the third aspect of the present invention, or the battery pack according to the fourth aspect of the present invention do.

본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.Beneficial effects of the present invention are as follows.

본 발명은 음극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 제공한다. 음극 극판은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함한다. 제1 코팅층 및 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비를 상조적으로 제어함으로써, 제1 코팅층은 1차 리튬 인더칼레이션 후 리튬 이온 전지의 사이클 수명을 개선하고, 제2 코팅층은 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율 및 에너지 밀도를 향상시켜, 리튬 이온 전지의 사이클 수명 및 에너지 밀도를 향상시킨다. 물론, 본 발명의 임의의 제품 또는 방법을 구현하는 것이 반드시 위에서 설명된 모든 이점을 동시에 달성해야 하는 것은 아니다.The present invention provides a negative electrode plate, a secondary battery, a battery module, a battery pack, and an electric device. The negative electrode plate includes a first coating layer and a second coating layer. By synergistically controlling the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material in the first coating layer and the second coating layer, the first coating layer improves the cycle life of the lithium ion battery after primary lithium indercalation, and the second coating layer Improving the primary coulombic efficiency and energy density of lithium ion batteries, thereby improving cycle life and energy density of lithium ion batteries. Of course, implementing any product or method of the present invention does not necessarily achieve all of the advantages described above simultaneously.

본 발명 및 종래 기술의 기술적 해결방안을 더 명확하게 설명하기 위해, 이하에서는 본 발명의 실시예 및 종래 기술에 사용될 도면을 간략히 소개한다. 이하의 설명에서 도면은 본 발명의 일부 실시예인 것임이 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 음극 극판의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 모듈의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 개략도이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 분해도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지가 전원으로 사용되는 전기 장치의 개략도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS To describe the technical solutions of the present invention and the prior art more clearly, the following briefly introduces drawings to be used in the embodiments of the present invention and the prior art. In the following description, it is obvious that the drawings are some embodiments of the present invention.
1 is a schematic diagram of a negative electrode plate according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exploded view of the secondary battery according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 2 .
4 is a schematic diagram of a battery module according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an exploded view of the battery pack according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 5 .
7 is a schematic diagram of an electric device in which a secondary battery is used as a power source according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 적절히 참조하여 본 발명의 음극 극판, 양극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 구체적으로 개시하는 실시형태를 상세히 설명한다. 그러나, 경우에 따라 불필요한 상세한 설명을 생략한다. 예를 들어, 공지 사항에 대한 상세한 설명 및 실제로 동일한 구조에 대한 중복되는 설명은 생략되는 경우가 있다. 이는 하기 설명이 불필요하게 길어지는 것을 방지하고 당업자가 용이하게 이해하도록 하기 위한 것이다. 또한, 첨부 도면 및 하기 설명은 당업자가 본 발명을 충분히 이해하도록 제공되는 것이며, 특허청구범위에 기재된 주제를 한정하기 위한 것이 아니다.Hereinafter, embodiments specifically disclosing the negative electrode plate, the positive electrode plate, the secondary battery, the battery module, the battery pack, and the electric device of the present invention will be described in detail with appropriate reference to the accompanying drawings. However, unnecessary detailed descriptions are omitted in some cases. For example, detailed descriptions of well-known information and overlapping descriptions of actually identical structures may be omitted. This is to prevent the following description from being unnecessarily lengthy and to facilitate understanding by those skilled in the art. In addition, the accompanying drawings and the following description are provided so that those skilled in the art can fully understand the present invention, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.

본 발명에 개시된 "범위"는 하한 및 상한의 형태로 한정되고, 주어진 범위는 하나의 하한 및 하나의 상한의 선택에 의해 한정되며, 선택된 하한 및 상한은 특정 범위의 경계를 한정한다. 이러한 방식으로 한정된 범위는 끝점 값을 포함하거나 포함하지 않을 수 있으며 임의로 조합될 수 있다. 즉, 임의의 하한과 임의의 상한이 조합되어 하나의 범위를 형성할 수 있다. 예를 들어, 60 내지 120 및 80 내지 110의 범위가 특정 매개변수에 대해 나열되는 경우, 60 내지 110 및 80 내지 120의 범위도 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 최소 범위 값 1과 2가 나열되고 최대 범위 값 3, 4, 5가 나열되면 1 내지 3, 1 내지 4, 1 내지 5, 2 내지 3, 2 내지 4 및 2 내지 5의 모든 범위가 예상된다. 본 발명에서, 달리 명시되지 않는 한, 수치 범위 "a 내지 b"는 a와 b 사이의 실수 조합의 축약된 표현을 나타내며, 여기서 a와 b는 모두 실수이다. 예를 들어, 수치 범위 "0 내지 5"는 "0 내지 5" 사이의 모든 실수가 본 명세서에 나열되었음을 의미하고 "0 내지 5"는 이러한 수치 값의 조합을 축약한 표현일 뿐이다. 또한, 특정 파라미터가 2 이상의 정수로 표현되는 경우, 해당 파라미터가 예를 들어 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등 정수임을 개시한 것과 같다.A “range” as disclosed herein is defined in the form of a lower limit and an upper limit, and a given range is defined by a selection of one lower limit and one upper limit, the selected lower limit and one upper limit defining the boundaries of the particular range. Ranges defined in this way may or may not include endpoint values and may be in any combination. That is, any lower limit and any upper limit may be combined to form a range. For example, if ranges of 60 to 120 and 80 to 110 are recited for a particular parameter, it should be understood that ranges of 60 to 110 and 80 to 120 are also contemplated. Also, if minimum range values 1 and 2 are listed and maximum range values 3, 4 and 5 are listed, all ranges from 1 to 3, 1 to 4, 1 to 5, 2 to 3, 2 to 4, and 2 to 5 are expected. . In the present invention, unless otherwise specified, the numerical range “a to b” represents an abbreviated representation of the combination of real numbers between a and b, where a and b are both real numbers. For example, a numerical range of "0 to 5" means that all real numbers between "0 and 5" are listed herein, and "0 to 5" is merely an abbreviation for a combination of such numerical values. In addition, when a specific parameter is expressed as an integer of 2 or more, it is the same as disclosed that the parameter is an integer such as 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, for example.

특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 실시형태 및 선택적인 실시형태는 서로 조합되어 새로운 기술적 해결 수단을 형성할 수 있다.Unless otherwise specified, all embodiments and optional embodiments of the present invention may be combined with each other to form new technical solutions.

특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 기술특징 및 선택적인 기술특징은 서로 조합되어 새로운 기술적 해결 수단을 형성할 수 있다.Unless otherwise specified, all technical features and optional technical features of the present invention may be combined with each other to form a new technical solution.

특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 단계는 순차적으로 수행될 수 있고 랜덤으로 수행될 수 있으며, 순차적으로 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a) 및 (b)를 포함하고, 이는 상기 방법이 순차적으로 수행되는 단계 (a) 및 (b)를 포함할 수 있으며 순차적으로 수행되는 단계 (b) 및 (a)를 포함할 수도 있다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 언급된 상기 방법은 단계 (c)를 더 포함할 수 있고, 이는 단계 (c)가 상기 방법에 임의의 순서로 추가될 수 있다는 것을 나타내는 바, 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a), (b) 및 (c)를 포함할 수 있고, 단계 (a), (c) 및 (b)를 포함할 수도 있으며, 단계 (c), (a) 및 (b) 등을 포함할 수도 있다.Unless otherwise specified, all steps of the present invention may be performed sequentially or randomly, and are preferably performed sequentially. For example, the method includes steps (a) and (b), wherein the method may include steps (a) and (b) performed sequentially and steps (b) and (b) performed sequentially. indicates that it may contain a). For example, the method mentioned may further include step (c), indicating that step (c) may be added to the method in any order, for example, the method may include steps ( may include a), (b) and (c), may include steps (a), (c) and (b), may include steps (c), (a) and (b), etc. may be

특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 언급된 "포괄" 및 "포함"은 개방형 및 폐쇄형을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 "포괄" 및 "포함"은 나열되지 않은 다른 성분을 더 포괄하거나 포함할 수 있고, 나열된 성분만 포괄하거나 포함할 수 있음을 나타낸다.Unless otherwise specified, "comprehensive" and "including" mentioned in the present invention may mean open and closed types. For example, the above “comprehensive” and “include” indicate that other components not listed may be more comprehensive or included, and only the listed components may be included or included.

특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 용어 "또는"은 포괄적인 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 "A, B, 또는 A 및 B 양자"를 나타낸다. 보다 구체적으로, A는 참(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 부재)이며; A는 거짓(또는 부재)이고 B는 참(또는 존재)이며; 또는 A 및 B는 모두 참(또는 존재)인 조건 중 어느 하나는 조건 "A 또는 B"를 모두 만족시킨다.Unless otherwise specified, the term "or" in the present invention is inclusive. For example, the phrase “A or B” refers to “A, B, or both A and B”. More specifically, A is true (or present) and B is false (or absent); A is false (or absent) and B is true (or present); or any one of the conditions in which both A and B are true (or present) satisfies both conditions “A or B”.

실리콘계 재료 전지를 연구하는 과정에서, 본 발명인은 실리콘계 재료는 충방전 과정에서 부피 팽창에 큰 문제가 존재하여 실리콘계 재료 전지의 사이클 수명이 적용 요구 사항을 만족시키기 어렵다는 것을 발견하였다. 실리콘계 재료는 1차 쿨롱 효율이 낮아 실리콘계 재료 전지의 에너지 밀도에 영향을 미친다. 실리콘계 재료 전지의 사이클 수명 및 에너지 밀도를 향상시키고, 항속 거리가 길고 사용 수명이 연장되는 등 전기 장치에 적용 시 실리콘계 재료 전지의 성능이 향상될 수 있도록 하기 위해, 본 발명은 음극 극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 제공한다.In the process of researching silicon-based material batteries, the present inventors found that silicon-based materials have a great problem with volume expansion during charging and discharging processes, making it difficult for the cycle life of silicon-based material batteries to satisfy application requirements. Silicon-based materials have a low first-order coulombic efficiency, which affects the energy density of silicon-based material batteries. In order to improve the cycle life and energy density of silicon-based material batteries, and to improve the performance of silicon-based material batteries when applied to electrical devices, such as long cruising distance and extended service life, the present invention provides a negative electrode plate, a secondary battery, Battery modules, battery packs and electrical devices are provided.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 코팅층(1), 제2 코팅층(2) 및 집전체(3)를 포함하는 음극 극판을 제공한다. 제2 코팅층(2)의 일측은 집전체(3)이며, 제2 코팅층(2)의 타측은 제1 코팅층(1)이고, 제1 코팅층(1) 및 제2 코팅층(2)은 실리콘계 재료를 포함한다. 제1 코팅층(1)의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.5 내지 1.5, 바람직하게는 0.8 내지 1.2이고, 제2 코팅층(2)의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.3 이하이다.In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1 , the present invention provides a negative electrode plate including a first coating layer 1 , a second coating layer 2 and a current collector 3 . One side of the second coating layer 2 is the current collector 3, the other side of the second coating layer 2 is the first coating layer 1, and the first coating layer 1 and the second coating layer 2 are made of a silicon-based material. include The molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the first coating layer 1 is 0.5 to 1.5, preferably 0.8 to 1.2, and the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer 2 is 0.3 or less. am.

메커니즘은 아직 명확하지 않으나, 본 발명인은 본 발명의 음극 극판은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하고, 제1 코팅층에서 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비 및 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비를 본 발명의 범위 내로 상조적으로 제어함으로써, 제1 코팅층은 리튬 이온 전지의 사이클 수명을 개선하고, 제2 코팅층은 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율 및 에너지 밀도를 향상시켜 리튬 이온 전지의 사이클 수명 및 에너지 밀도가 전체적으로 향상됨을 예기치 않게 발견하였다.Although the mechanism is not yet clear, the present inventors found that the negative electrode plate of the present invention includes a first coating layer and a second coating layer, and the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material in the first coating layer and O of the silicon-based material in the second coating layer By synergistically controlling the molar ratio of the element and the Si element within the range of the present invention, the first coating layer improves the cycle life of the lithium ion battery, and the second coating layer improves the primary coulombic efficiency and energy density of the lithium ion battery, It has been unexpectedly found that the cycle life and energy density of lithium ion batteries are overall improved.

본 발명인은 어떠한 이론에도 한정되지 않고, 실리콘계 음극재료의 경우, 재료에서 산소 원소의 함량이 높을 수록 첫 사이클에 리튬 인더칼레이션 후 형성되는 완충 효과를 갖는 산화리튬, 리튬 규산염(예를 들어, Li2SiO3, Li4SiO4, Li6Si2O7 등) 성분의 점유율이 더 많다. 이러한 성분의 존재는 리튬 인더칼레이션 과정에서 실리콘계 재료의 부피 변화를 효과적으로 완화시켜 리튬 이온 전지의 수명 주기 동안 고체 전해질 계면(SEI) 필름의 파열 및 복원 정도가 효과적으로 개선할 수 있고 나아가 리튬 이온 전지의 사이클 수명이 개선됨을 발견하였다. 그러나 이러한 비가역적 리튬 디인터칼레이션 성분의 존재는 실리콘계 재료의 가역적 그램 용량을 감소시키고, 나아가 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율에 영향을 미치고 리튬 이온 전지의 에너지 밀도의 일정한 손실을 유발한다. 반대로, 실리콘계 재료에서 산소 원소 함량이 감소하면, 실리콘계 재료는 리튬 디인터칼레이션 과정에서 팽창이 증가하여 사이클 수의 증가에 따라 실리콘계 재료의 용량이 급격히 감쇠되나, 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율은 높으며, 대응되게 에너지 밀도도 높다.The present inventors are not limited to any theory, and in the case of silicon-based negative electrode materials, lithium oxide and lithium silicate (e.g., Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , Li 6 Si 2 O 7 , etc.) components have a higher share. The presence of these components can effectively alleviate the volume change of the silicon-based material during the lithium indercalation process, effectively improving the degree of rupture and restoration of the solid electrolyte interface (SEI) film during the life cycle of the lithium ion battery, and further improving the quality of the lithium ion battery. It was found that the cycle life was improved. However, the presence of these irreversible lithium deintercalation components reduces the reversible gram capacity of the silicon-based material, further affects the primary coulombic efficiency of the lithium ion battery and causes a certain loss of energy density of the lithium ion battery. Conversely, when the content of oxygen element in the silicon-based material decreases, the silicon-based material expands during the lithium deintercalation process, and the capacity of the silicon-based material rapidly decreases as the number of cycles increases, but the primary Coulombic efficiency of the lithium ion battery high, and the energy density is correspondingly high.

본 발명인은 또한 어떠한 이론에도 한정되지 않고, 다공성 전극의 충방전 과정에서, 액상 오믹 분극과 확산 분극의 존재로 인해 충방전 전류가 전극 극판에서 용액에 가까운 측으로 더 집중된다. 즉, 활물질 입자가 전극 극판의 표면(즉, 전해액 측)에 가까울 수록 충방전 과정에서 활물질에 의해 수행되는 탈리튬화 및 리튬 인더칼레이션의 처리량이 더 커짐을 발견하였다.The present inventors are also not limited to any theory, and in the process of charging and discharging the porous electrode, due to the existence of liquid phase ohmic polarization and diffusion polarization, the charging and discharging current is more concentrated from the electrode plate to the side closer to the solution. That is, it was found that the closer the active material particles were to the surface of the electrode plate (ie, the electrolyte side), the greater the throughput of delithiation and lithium indercalation performed by the active material in the charging and discharging process.

이를 기반으로, 본 발명에서는 음극 극판의 제1 코팅층을 전해액에 가깝게 설치하여 전지 사용 과정에서 많은 리튬 이온 처리량을 견딜 수 있다. 또한 제1 코팅층에서 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.5 내지 1.5이며, 1차 리튬 인더칼레이션 후에는 부피 팽창을 완충하기 위한 산화리튬, 리튬규산염 등 활물질이 더 많이 형성되고, 이리 하여 리튬 이온 전지의 사이클 수명을 향상시킨다. 제2 코팅층을 집전체에 가깝게 설치하고, 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.3 이하로, 음극 극판의 1차 리튬 인더칼레이션 과정에서 소모되는 활성 리튬의 양을 줄이고, 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율 및 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 음극 극판은 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하여 리튬 이온 전지가 높은 에너지 밀도, 1차 쿨롱 효율 및 사이클 수명을 겸비한다.Based on this, in the present invention, the first coating layer of the negative electrode plate is installed close to the electrolyte, so that the battery can withstand a large amount of lithium ion treatment during use. In addition, in the first coating layer, the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material is 0.5 to 1.5, and after the primary lithium indercalation, more active materials such as lithium oxide and lithium silicate are formed to buffer the volume expansion, thereby Improves the cycle life of lithium ion batteries. The second coating layer is installed close to the current collector, and the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer is 0.3 or less, reducing the amount of active lithium consumed during the primary lithium indercalation process of the negative electrode plate, The primary coulombic efficiency and energy density of lithium ion batteries can be improved. The negative electrode plate of the present invention includes the first coating layer and the second coating layer, so that a lithium ion battery has high energy density, primary coulombic efficiency, and cycle life.

일부 실시형태에서, 본 발명의 제1 코팅층의 실리콘계 재료는 규소 산소 재료(SiOx로 표시)일 수 있고, 제2 코팅층의 실리콘계 재료는 규소 산소 재료 또는 단일 규소 재료일 수 있다.In some embodiments, the silicon-based material of the first coating layer of the present invention can be a silicon-oxygen material (denoted as SiO x ), and the silicon-based material of the second coating layer can be a silicon-oxygen material or a single silicon material.

일부 실시형태에서, 제1 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.8 내지 1.2이고, 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.05 내지 0.2이다. 본 발명인은 제1 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비 및 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비를 상기 범위 내로 제어함으로써, 리튬 이온 전지의 에너지 밀도를 개선하고, 전지의 사이클 수명도 함께 향상시킬 수 있음을 발견하였다.In some embodiments, the mole ratio of element O to element Si of the silicon-based material of the first coating layer is between 0.8 and 1.2, and the mole ratio of element O and element Si of the silicon-based material of the second coating layer is between 0.05 and 0.2. The present inventors improve the energy density of a lithium ion battery by controlling the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the first coating layer and the O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer within the above ranges, It was found that the cycle life of can also be improved together.

일부 실시형태에서, 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)과 제2 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A2) 간에는 0.8 ≤ A1 : A2 ≤ 1.2를 만족시킨다. 본 발명에서, 특정 코팅층에서 활물질의 가중 그램 용량(A)은 해당 코팅층의 활물질에서 실리콘계 재료의 가역적 리튬 디인터칼레이션 그램 용량 및 다른 활성 성분의 가역적 리튬 디인터칼레이션 그램 용량의 가중값을 나타내며, 가중 그램 용량(A)은 다음 표현식에 의해 계산된다. A = ∑ni × xi이고, 단위는 mAh/g이다. 여기서 xi는 해당 코팅층에서 총 활물질에 대한 i번째 활성 성분의 질량비를 나타내고, ∑xi = 1이며; ni는 해당 코팅층에서 i번째 활성 성분의 가역적 그램 용량을 나타내고, 단위는 mAh/g이다.In some embodiments, 0.8 ≤ A 1 : A 2 ≤ 1.2 is satisfied between the weighted gram capacity (A 1 ) of the first coating layer active material and the weighted gram capacity (A 2 ) of the second coating layer active material. In the present invention, the weighted gram capacity (A) of the active material in a specific coating layer represents the weighted value of the reversible lithium deintercalation gram capacity of the silicon-based material and the reversible lithium deintercalation gram capacity of other active ingredients in the active material of the coating layer, The weighted gram capacity (A) is calculated by the expression: A = ∑n i × x i , and the unit is mAh/g. where x i represents the mass ratio of the ith active ingredient to the total active material in the coating layer, and ∑x i = 1; n i represents the reversible gram capacity of the ith active ingredient in the corresponding coating layer, in units of mAh/g.

본 발명인은 탄소 재료와 실리콘계 재료를 동시에 함유하는 복합 전극 극판의 경우, 실리콘계 재료의 조성이 고정된 조건에서 실리콘계 재료가 차지하는 비율이 높을 수록 가중 그램 용량이 더 높으나, 동일한 하전 상태에서 전극 극판의 반발이 더 크다. 제1 코팅층과 제2 코팅층의 가중 그램 용량 차이가 너무 크면, 전극 극판의 리튬 디인터칼레이션 과정에서, 제1 코팅층과 제2 코팅층이 견디는 팽창 응력 차이가 너무 커 두 코팅층 사이의 계면 상용성이 저하되어 만충전 상태 또는 전지 수명 주기 동안 제1 코팅층과 제2 코팅층이 분리되어 박리되는 상황이 발생할 수 있다. 따라서 제1 코팅층의 일부 활물질은 전도성 네트워크에서 탈리되고 리튬 디인터칼레이션을 수행하지 못할 수 있으며, 이는 국부 영역의 양극과 음극 용량의 비매칭을 야기하여 리튬이 석출되어 리튬 이온 전지의 성능 문제와 안전 문제까지 초래할 수 있음을 발견하였다.In the case of a composite electrode plate containing both a carbon material and a silicon-based material, the present inventors found that the weighted gram capacity is higher as the proportion of the silicon-based material is higher under the condition that the composition of the silicon-based material is fixed, but the repulsion of the electrode plate in the same charged state this is bigger If the difference in weighted gram capacity between the first coating layer and the second coating layer is too large, in the process of lithium deintercalation of the electrode plate, the difference in expansion stress endured by the first coating layer and the second coating layer is too large, resulting in poor interfacial compatibility between the two coating layers. This may cause a situation in which the first coating layer and the second coating layer are separated and peeled during a full charge state or during a battery life cycle. Therefore, some active materials of the first coating layer may be separated from the conductive network and may not perform lithium deintercalation. Found out that it can cause problems.

본 발명은 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)과 제2 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A2)의 비를 상기 범위 내로 제어함으로써, 상이한 용량 감쇠 상태에서, 극판이 리튬 이온을 디인터칼레이션할 때, 제1 코팅층과 제2 코팅층 사이에 양호한 계면 상용성이 유지되고, 두 코팅층 사이의 응력 차이가 작은 범위 내에서 유지되어 리튬 이온 전지의 전체 수명 주기 동안 리튬 이온 전지의 박리 위험을 줄이고, 리튬 이온 전지의 성능과 안전성을 향상시킨다.In the present invention, by controlling the ratio of the weighted gram capacity (A 1 ) of the active material of the first coating layer and the weighted gram capacity (A 2 ) of the active material of the second coating layer within the above range, the electrode plate deinterconnects lithium ions in different capacity attenuation states. During calation, good interfacial compatibility is maintained between the first coating layer and the second coating layer, and the stress difference between the two coating layers is maintained within a small range, thereby reducing the risk of separation of the lithium ion battery during the entire life cycle of the lithium ion battery. and improve the performance and safety of lithium-ion batteries.

일부 실시형태에서, 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)은 500 mAh/g 내지 1000 mAh/g이고, 제2 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A2)은 500 mAh/g 내지 1000 mAh/g이다. 어떠한 이론에도 한정되지 않고, 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)과 제2 코팅층의 활물질의 가중 그램 용량(A2)을 상기 범위 내로 상조적으로 제어함으로써, 사이클링 과정에서 음극 극판의 팽창은 적절한 범위 내로 제어되고, 동시에 그램 용량이 높고 사이클 수명 및 에너지 밀도가 양호한 리튬 이온 전지를 얻는다.In some embodiments, the weighted gram capacity (A 1 ) of the first coating layer active material is 500 mAh/g to 1000 mAh/g, and the weighted gram capacity (A 2 ) of the second coating layer active material is 500 mAh/g to 1000 mAh/g. is g. Without being limited by any theory, by synergistically controlling the weighted gram capacity (A 1 ) of the active material of the first coating layer and the weighted gram capacity (A 2 ) of the active material of the second coating layer within the above range, the expansion of the negative electrode plate during the cycling process is controlled within an appropriate range, and at the same time obtains a lithium ion battery with high gram capacity and good cycle life and energy density.

일부 실시형태에서, 제1 코팅층에서 실리콘계 재료의 함량은 18 wt% 내지 55 wt%이고, 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 함량은 7 wt% 내지 21 wt%이다. 어떠한 이론에도 한정되지 않고, 제1 코팅층에서 실리콘계 재료의 함량 및 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 함량을 상기 범위 내로 상조적으로 제어함으로써, 사이클링 과정에서 음극 극판의 팽창은 적절한 범위 내로 제어되고, 동시에 그램 용량이 높고 사이클 수명 및 에너지 밀도가 우수한 리튬 이온 전지를 얻는다.In some embodiments, the content of the silicon-based material in the first coating layer is 18 wt% to 55 wt%, and the content of the silicon-based material in the second coating layer is 7 wt% to 21 wt%. Without being limited by any theory, by synergistically controlling the content of the silicon-based material in the first coating layer and the content of the silicon-based material in the second coating layer within the above range, the expansion of the negative electrode plate in the cycling process is controlled within an appropriate range, and at the same time, the gram A lithium ion battery with high capacity and excellent cycle life and energy density is obtained.

일부 실시형태에서, 제1 코팅층은 제1 바인더를 포함하고, 제2 코팅층은 제2 바인더를 포함한다. 본 발명에서 제1 바인더와 제2 바인더는 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 코팅층에 제1 바인더를 첨가하고, 제2 코팅층에 제2 바인더를 첨가함으로써, 제1 코팅층과 제2 코팅층의 계면 접착 효과를 향상시키고, 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 박리 위험을 더욱 줄여, 리튬 이온 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.In some embodiments, the first coating layer includes a first binder and the second coating layer includes a second binder. In the present invention, the first binder and the second binder may be the same or different. By adding a first binder to the first coating layer and adding a second binder to the second coating layer, the interfacial adhesion effect between the first coating layer and the second coating layer is improved, and the risk of separation between the first coating layer and the second coating layer is further reduced. , can improve the safety of lithium ion batteries.

본 발명에서 제1 바인더 및 제2 바인더는 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 일부 실시형태에서, 제1 바인더 및 제2 바인더는 각각 독립적으로 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 알긴산나트륨, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 글리콜, 카르복시메틸 키토산 및 스티렌부타디엔 고무 중 적어도 하나를 포함한다.In the present invention, the first binder and the second binder are not particularly limited as long as they can achieve the object of the present invention. In some embodiments, the first binder and the second binder each independently include at least one of polyacrylic acid, polyacrylate, sodium alginate, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, carboxymethyl chitosan, and styrenebutadiene rubber.

일부 실시형태에서, 제1 바인더 및 제2 바인더는 모두 폴리아크릴레이트계 바인더를 포함하고, 제1 코팅층에서 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 제2 코팅층에서의 함량보다 적다. 본 발명의 음극 극판의 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 실리콘계 재료를 포함하고, 제1 바인더 및 제2 바인더가 모두 폴리아크릴레이트계 바인더를 포함하는 경우, 폴리아크릴레이트계 바인더는 실리콘계 재료와 강한 수소 결합을 형성하여 실리콘계 재료의 표면에 효과적으로 코팅됨으로써, 충방전 과정에서 실리콘계 재료의 부피 팽창을 완화시킬 수 있다. 본 발명인은 제1 코팅층에서 실리콘계 재료의 높은 산소 대 규소 몰비로 인해 사이클링 과정에서 리튬 이온 전지의 부피 팽창이 제2 코팅층보다 작음을 발견하였다. 따라서 제1 코팅층에서 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량을 제2 코팅층의 함량보다 적게 제어함으로써 접착 효과를 만족시키는 기초 상에서, 전지의 에너지 밀도를 향상시키고, 부자재 비용을 절감할 수 있다.In some embodiments, both the first binder and the second binder include a polyacrylate-based binder, and an amount of the polyacrylate-based binder in the first coating layer is less than an amount in the second coating layer. When the first coating layer and the second coating layer of the negative electrode plate of the present invention include a silicon-based material, and both the first binder and the second binder include a polyacrylate-based binder, the polyacrylate-based binder contains the silicon-based material and strong hydrogen. By forming a bond and effectively coating the surface of the silicon-based material, volume expansion of the silicon-based material during charging and discharging can be alleviated. The inventors have found that the volume expansion of the lithium ion battery during cycling is smaller than that of the second coating layer due to the high oxygen to silicon molar ratio of the silicon-based material in the first coating layer. Therefore, by controlling the content of the polyacrylate-based binder in the first coating layer to be less than that in the second coating layer, the energy density of the battery can be improved and the cost of subsidiary materials can be reduced on the basis of satisfying the adhesive effect.

일부 실시형태에서, 제1 코팅층에서 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 3 wt% 내지 6 wt%이고, 제2 코팅층에서 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 4 wt% 내지 7 wt%이다. 본 발명인은 어떠한 이론에도 한정되지 않고, 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량을 상기 범위 내로 제어함으로써, 접착 효과를 만족시키는 기초 상에서 전지의 에너지 밀도를 효과적으로 향상시키고 부자재 비용을 줄일 수 있음을 발견하였다.In some embodiments, the content of the polyacrylate-based binder in the first coating layer is 3 wt% to 6 wt%, and the content of the polyacrylate-based binder in the second coating layer is 4 wt% to 7 wt%. The present inventors are not limited to any theory, and by controlling the content of the polyacrylate-based binder in the first coating layer and the second coating layer within the above range, the energy density of the battery is effectively improved on the basis of satisfying the adhesive effect and the cost of subsidiary materials is reduced. found to be able to reduce it.

본 발명에서, 실리콘계 재료의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 하기 단계에 의해 제조될 수 있다.In the present invention, the manufacturing method of the silicon-based material is not particularly limited, and may be manufactured by, for example, the following steps.

이산화규소 분말과 단일 규소 분말은 비산화성 가스 분위기에서 고온 기상 반응을 통해 얻어지고, 이산화규소 분말과 단일 규소 분말의 비율을 조절하여 얻어진 실리콘계 재료의 산소와 규소 원소의 비율을 조절한다. 본 발명에서 상기 이산화규소 분말 및 단일 규소 분말의 입경은 본 발명의 요건을 만족할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어, 이산화규소 분말의 평균 입경은 1 μm 내지 10 μm이고, 단일 규소 분말의 평균 입경은 1 μm 내지 10 μm이다. 본 발명에서 비산화성 가스 분위기는 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어 아르곤 가스 또는 수소 가스 분위기일 수 있다. 본 발명에서 기상 반응의 온도는 본 발명의 요건을 만족시킬 수 있는 한 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어, 온도는 1300℃ 내지 1400℃이다.Silicon dioxide powder and single silicon powder are obtained through a high-temperature gas phase reaction in a non-oxidizing gas atmosphere, and the ratio of oxygen and silicon elements in the obtained silicon-based material is controlled by adjusting the ratio of silicon dioxide powder and single silicon powder. In the present invention, the particle diameter of the silicon dioxide powder and the single silicon powder is not particularly limited as long as it can satisfy the requirements of the present invention, for example, the average particle diameter of the silicon dioxide powder is 1 μm to 10 μm, and the single silicon powder The average particle diameter of is 1 μm to 10 μm. In the present invention, the non-oxidizing gas atmosphere is not particularly limited, and may be, for example, an argon gas or hydrogen gas atmosphere. In the present invention, the temperature of the gas phase reaction is not particularly limited as long as it can satisfy the requirements of the present invention, for example, the temperature is 1300 ° C to 1400 ° C.

일부 실시형태에서, 제조된 규소 산소 재료는 리튬 이온 전지에 사용되기 위하여 추가로 코팅되거나 다른 활물질과 배합될 수 있다.In some embodiments, the prepared silicon oxygen material can be further coated or blended with other active materials for use in lithium ion batteries.

또한, 본 발명의 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치는 이하에서 도면을 적절히 참조하여 설명한다.In addition, the secondary battery, battery module, battery pack, and electric device of the present invention will be described below with appropriate reference to the drawings.

본 발명의 일 실시형태에서는 상기 임의의 실시형태에 따른 음극 극판을 포함하는 이차 전지를 제공한다. 본 발명의 이차 전지는 상기 실시형태에 따른 임의의 리튬 이온 전지를 의미할 수 있다.One embodiment of the present invention provides a secondary battery including the negative electrode plate according to any of the above embodiments. The secondary battery of the present invention may mean any lithium ion battery according to the above embodiment.

일반적으로, 이차 전지는 양극 극판, 음극 극판, 전해질 및 분리막을 포함한다. 전지의 충방전 과정에서 활성 이온은 양극 극판과 음극 극판 사이에서 인터칼레이션 및 디인터칼레이션을 반복한다. 전해질은 양극 극판과 음극 극판 사이에서 이온 전달 작용을 한다. 분리막은 양극 극판과 음극 극판 사이에 설치되어 주로 양극과 음극 사이의 단락을 방지하는 작용을 하는 동시에 이온을 통과시킬 수 있다.Generally, a secondary battery includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, an electrolyte, and a separator. During the charging and discharging process of the battery, active ions intercalate and deintercalate repeatedly between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The electrolyte acts as an ion transfer between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The separator is installed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and mainly serves to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and allows ions to pass through.

[양극 극판][Anode pole plate]

양극 극판은 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 일면에 설치된 양극 필름층을 포함한다. 예시로서, 양극 집전체는 그 자체의 두께 방향으로 대향하는 2개의 표면을 구비하고, 양극 필름층은 양극 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 임의의 하나 또는 둘 모두에 설치된다.The positive electrode plate includes a positive electrode current collector and a positive electrode film layer provided on at least one surface of the positive electrode current collector. As an example, the positive electrode current collector has two opposing surfaces in its own thickness direction, and the positive electrode film layer is provided on any one or both of the two opposing surfaces of the positive electrode current collector.

일부 실시형태에서, 상기 양극 집전체는 금속 호일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일은 알루미늄 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 기재층 및 고분자 재료 기재층의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료(알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)를 고분자 재료 소지(예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등의 소지) 상에 형성함으로써 형성될 수 있다.In some embodiments, a metal foil or a composite current collector may be used as the cathode current collector. For example, aluminum foil may be used as the metal foil. The composite current collector may include a polymer material base layer and a metal layer formed on at least one surface of the polymer material base layer. The composite current collector is a metal material (aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, titanium, titanium alloy, silver and silver alloy, etc.) It can be formed by forming on a substrate) such as polybutylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), polyethylene (PE).

일부 실시형태에서, 양극 활물질은 본 기술분야에 공지된 전지용 양극 활물질을 사용할 수 있다. 예시로서, 양극 활물질은 올리빈(olivine) 구조의 리튬 함유 인산염, 리튬 전이금속 산화물 및 이들 각각의 변성 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명은 이들 재료에 한정되지 않으며, 전지용 양극 활물질로서 사용될 수 있는 다른 통상적인 재료도 사용될 수 있다. 이러한 양극 활물질은 단독으로 사용되거나 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 여기서, 리튬 전이 금속 산화물의 예로는 리튬 코발트 산화물(예를 들어, LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(예를 들어, LiNiO2), 리튬 망간 산화물(예를 들어, LiMnO2, LiMn2O4), 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(예를 들어, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333으로 약칭할 수도 있음), LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523으로 약칭할 수도 있음), LiNiO. 5Co0.25Mn0.25O2(NCM211로 약칭할 수도 있음), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622로 약칭할 수도 있음), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811으로 약칭할 수도 있음), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(예를 들어, LiNi0.85Co0.15Al0.05O2) 및 이의 변성 화합물 중 하나 이상이 포함되나 이에 한정되지 않는다. 올리빈 구조의 리튬 함유 인산염의 예로는 인산철리튬(예를 들어, LiFePO4(LFP로 약칭할 수도 있음)), 인산철리튬과 탄소의 복합 재료, 인산망간리튬(예를 들어, LiMnPO4), 인산망간리튬과 탄소의 복합 재료, 인산망간철리튬, 인산망간철리튬과 탄소의 복합재료 중 적어도 하나가 포함되나 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, a cathode active material for a battery known in the art may be used as the cathode active material. As an example, the cathode active material may include at least one of an olivine-structured lithium-containing phosphate, a lithium transition metal oxide, and each of these modified compounds. However, the present invention is not limited to these materials, and other conventional materials that can be used as a positive electrode active material for a battery may also be used. These cathode active materials may be used alone or in combination of two or more. Here, examples of the lithium transition metal oxide include lithium cobalt oxide (eg, LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (eg, LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (eg, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 ), Lithium Nickel Cobalt Oxide, Lithium Manganese Cobalt Oxide, Lithium Nickel Manganese Oxide, Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide (eg LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (can also be abbreviated as NCM 333 ), LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 (may be abbreviated as NCM 523 ), LiNi O. 5 Co 0.25 Mn 0.25 O 2 (may be abbreviated as NCM 211 ), LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 (abbreviated as NCM 622 may be), LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (which may be abbreviated as NCM 811 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (eg, LiNi 0.85 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ), and modified compounds thereof. Examples of the olivine structure lithium-containing phosphate include lithium iron phosphate (eg, LiFePO 4 (also abbreviated as LFP)), a composite material of lithium iron phosphate and carbon, lithium manganese phosphate ( For example, at least one of LiMnPO 4 ), a composite material of lithium manganese phosphate and carbon, lithium iron manganese phosphate, and a composite material of lithium iron manganese phosphate and carbon is included, but is not limited thereto.

일부 실시형태에서, 양극 필름층은 선택적으로 바인더를 더 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-프로필렌 삼원공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 삼원공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 불소 함유 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the anode film layer may optionally further include a binder. By way of example, the binder is polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetra It may include at least one of a fluoroethylene terpolymer, a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and a fluorine-containing acrylate resin.

일부 실시형태에서, 양극 필름층은 선택적으로 도전제를 더 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 도전제는 초전도성 탄소, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 탄소나노섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In some embodiments, the anode film layer may optionally further include a conductive agent. As an example, the conductive agent may include at least one of superconducting carbon, acetylene black, carbon black, Ketjen black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, and carbon nanofibers.

일부 실시형태에서, 양극 극판은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 임의의 다른 성분과 같은 양극 극판 제조를 위한 상술한 성분을 용매(예를 들어, N-메틸피롤리돈)에 분산시켜 양극 슬러리를 형성하고, 양극 슬러리를 양극 집전체에 코팅한 후, 건조, 냉간 압착 등의 공정을 거쳐 양극 극판을 얻는 방식을 통해 제조될 수 있다.In some embodiments, a positive electrode slurry is prepared by dispersing the above-described components for preparing a positive electrode plate, such as a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and any other components, in a solvent (eg, N-methylpyrrolidone). After forming, coating the positive electrode slurry on the positive electrode current collector, it can be manufactured through a method of obtaining a positive electrode plate through processes such as drying and cold pressing.

[음극 극판][Cathode plate]

일부 실시형태에서, 상기 음극 극판의 음극 집전체는 금속 호일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일은 구리 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 베이스층과 고분자 재료 소지의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료(구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)를 고분자 재료 소지(예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등의 기재) 상에 형성함으로써 형성될 수 있다.In some embodiments, a metal foil or a composite current collector may be used as the negative current collector of the negative electrode plate. For example, copper foil may be used as the metal foil. The composite current collector may include a polymer material base layer and a metal layer formed on at least one surface of the polymer material substrate. The composite current collector is a metal material (copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, titanium, titanium alloy, silver and silver alloy, etc.) It can be formed by forming on a substrate such as polybutylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), or polyethylene (PE).

일부 실시형태에서, 음극 극판은 하기 방식으로 제조될 수 있다. 제1 음극 슬러리 및 제2 음극 슬러리를 제조하고; 먼저 제2 음극 슬러리를 집전체 상에 코팅하여 제2 코팅층을 형성한 후, 제1 음극 슬러리를 제2 코팅층 표면에 코팅하여 제1 코팅층을 형성한다. 또는, 코팅 시 이중층 코팅 장치를 사용하여 제1 음극 슬러리와 제2 음극 슬러리를 집전체 상에 동시에 코팅하고; 건조, 냉간 압착 등 공정을 거쳐 음극 극판을 얻으며, 상기 음극 극판에서 제2 코팅층의 일측은 상기 집전체이고, 제2 코팅층의 타측은 제1 코팅층이다.In some embodiments, the negative electrode plate can be manufactured in the following manner. preparing a first negative electrode slurry and a second negative electrode slurry; First, the second negative electrode slurry is coated on the current collector to form a second coating layer, and then the first negative electrode slurry is coated on the surface of the second coating layer to form the first coating layer. Alternatively, at the time of coating, the first negative electrode slurry and the second negative electrode slurry are simultaneously coated on the current collector using a double layer coating device; A negative electrode plate is obtained through processes such as drying and cold pressing. In the negative electrode plate, one side of the second coating layer is the current collector, and the other side of the second coating layer is the first coating layer.

[전해질][electrolyte]

전해질은 양극 극판과 음극 극판 사이에서 이온 전달 작용을 한다. 본 발명은 전해질의 종류에 대해 구체적으로 한정하지 않는 바, 필요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 전해질은 액체, 젤 또는 모두 고체일 수 있다.The electrolyte acts as an ion transfer between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The present invention is not specifically limited to the type of electrolyte, and may be selected as necessary. For example, electrolytes can be liquids, gels or all solids.

일부 실시형태에서, 상기 전해질은 전해액을 사용한다. 상기 전해액은 전해질 염 및 용매를 포함한다.In some embodiments, the electrolyte uses an electrolyte solution. The electrolyte solution includes an electrolyte salt and a solvent.

일부 실시형태에서, 전해질 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트, 리튬 테트라플루오로보레이트, 리튬 퍼클로레이트, 리튬 헥사플루오로비산염, 리튬 비스플루오로술폰이미드, 리튬 비스트리플루오로메탄술폰이미드, 리튬 트리플루오로메탄술포네이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로옥살레이트 붕산염, 리튬 디옥살레이트 붕산염, 리튬 디플루오로비스옥살레이트 포스페이트 및 리튬 테트라플루오로옥살레이트 포스페이트 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.In some embodiments, the electrolyte salt is lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, lithium bisfluorosulfonimide, lithium bistrifluoromethanesulfonimide, lithium trifluoro romethanesulfonate, lithium difluorophosphate, lithium difluorooxalate borate, lithium dioxalate borate, lithium difluorobisoxalate phosphate and lithium tetrafluorooxalate phosphate.

일부 실시형태에서, 용매는 에틸렌카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌카보네이트, 메틸 포메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 프로필 프로피오네이트, 메틸 부티레이트, 에틸 부티레이트, 1,4-부티로락톤, 술포란, 디메틸 술폰, 메틸 에틸 술폰 및 디에틸 술폰 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.In some embodiments, the solvent is ethylenecarbonate, propylene carbonate, methylethylcarbonate, diethylcarbonate, dimethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, butylene carbonate, fluoroethylenecarbonate, methyl formate, methyl Acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, 1,4-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfone, methyl ethyl sulfone and diethyl sulfone It may be selected from at least one of

일부 실시형태에서, 상기 전해액은 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 첨가제는 음극 성막 첨가제, 양극 성막 첨가제를 포함할 수 있고, 전지의 과충전 성능을 개선하기 위한 첨가제, 전지의 고온 또는 저온 성능을 개선하기 위한 첨가제와 같은 전지의 특정 성능을 개선할 수 있는 첨가제를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the electrolyte solution may optionally further include an additive. For example, the additive may include a negative electrode film additive, a positive electrode film additive, and may improve certain performance of the battery, such as an additive to improve the overcharge performance of the battery, an additive to improve the high temperature or low temperature performance of the battery. Additives may be further included.

[분리막][Separator]

일부 실시형태에서, 이차 전지는 분리막을 더 포함할 수 있다. 본 발명은 분리막의 종류에 특별한 제한은 없으며, 화학적 안정성 및 기계적 안정성이 우수한 공지된 다공성 구조의 분리막을 선택할 수 있다.In some embodiments, the secondary battery may further include a separator. In the present invention, the type of separator is not particularly limited, and a separator having a known porous structure having excellent chemical stability and mechanical stability may be selected.

일부 실시형태에서, 분리막의 재료는 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 분리막은 단층 필름 또는 다층 복합 필름일 수 있으나 특별히 한정되지 않는다. 분리막이 다층 복합 필름인 경우, 각 층의 재료는 동일하거나 상이할 수 있으나 특별히 한정되지 않는다.In some embodiments, the material of the separator may be selected from at least one of glass fiber, nonwoven fabric, polyethylene, polypropylene, and polyvinylidene fluoride. The separator may be a single-layer film or a multi-layer composite film, but is not particularly limited. When the separator is a multilayer composite film, the materials of each layer may be the same or different, but are not particularly limited.

일부 실시형태에서, 양극 극판, 음극 극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 어셈블리로 제조될 수 있다.In some embodiments, the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator may be manufactured as an electrode assembly through a winding process or a lamination process.

일부 실시형태에서, 이차 전지는 외부 포장을 포함할 수 있다. 상기 외부 포장은 상기 전극 어셈블리 및 전해질을 패키징하기 위한 것이다.In some embodiments, a secondary battery may include an outer packaging. The outer packaging is for packaging the electrode assembly and the electrolyte.

일부 실시형태에서, 이차 전지의 외부 포장은 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등과 같은 경질 케이스일 수 있다. 리튬 이온 전지의 외부 포장은 가방형 소프트 패키지와 같은 소프트 패키지일 수도 있다. 소프트 패키지의 재질은 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 숙시네이트 등과 같은 플라스틱일 수 있다.In some embodiments, the outer packaging of the secondary battery may be a hard case such as a hard plastic case, an aluminum case, or a steel case. The external packaging of the lithium ion battery may be a soft package such as a bag-type soft package. The material of the soft package may be a plastic such as polypropylene, polybutylene terephthalate, or polybutylene succinate.

본 발명은 이차 전지의의 형태에 대해 특별히 한정하지 않는 바, 원기둥형, 사각형 또는 다른 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 2는 하나의 예시적인 사각형 구조의 이차 전지(5)를 도시한다.The present invention is not particularly limited to the shape of the secondary battery, and may be cylindrical, rectangular, or any other shape. For example, FIG. 2 shows one exemplary quadrangular structured secondary battery 5 .

일부 실시형태에서, 도 3을 참조하면, 외부 포장은 케이스(51) 및 커버판(53)을 포함할 수 있다. 여기서, 케이스(51)는 바닥판과 바닥판에 연결된 측판을 포함할 수 있고, 바닥판과 측판은 둘러싸여 수용 캐비티를 형성한다. 케이스(51)는 수용 캐비티와 연통하는 개구를 구비하고, 커버판(53)은 상기 수용 캐비티를 밀폐하기 위해 상기 개구에 씌움 설치될 수 있다. 양극 극판, 음극 극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 어셈블리(52)로 형성될 수 있다. 전극 어셈블리(52)는 상기 수용 캐비티 내에 패키징된다. 전극 어셈블리(52)에는 전해액이 침윤되어 있다. 이차 전지(5)에 포함되는 전극 어셈블리(52)의 개수는 하나 이상일 수 있고, 당업자가 구체적인 필요에 따라 선택할 수 있다.In some embodiments, referring to FIG. 3 , the outer packaging may include case 51 and cover plate 53 . Here, the case 51 may include a bottom plate and side plates connected to the bottom plate, and the bottom plate and the side plates are surrounded to form an accommodation cavity. The case 51 has an opening communicating with the accommodating cavity, and a cover plate 53 may be installed to cover the opening to seal the accommodating cavity. The positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator may be formed as the electrode assembly 52 through a winding process or a lamination process. An electrode assembly 52 is packaged within the receiving cavity. An electrolyte solution is impregnated into the electrode assembly 52 . The number of electrode assemblies 52 included in the secondary battery 5 may be one or more, and a person skilled in the art may select one according to specific needs.

일부 실시형태에서, 이차 전지는 전지 모듈로 조립될 수 있고, 전지 모듈에 포함된 리튬 이온 전지의 개수는 하나 이상일 수 있으며, 구체적인 수는 당업자가 전지 모듈의 응용 및 용량에 따라 선택할 수 있다.In some embodiments, the secondary battery may be assembled into a battery module, and the number of lithium ion batteries included in the battery module may be one or more, and a specific number may be selected by a person skilled in the art according to the application and capacity of the battery module.

도 4는 하나의 예시적인 전지 모듈(4)을 도시한다. 도 4를 참조하면, 전지 모듈(4)에서, 다수의 이차 전지(5)는 전지 모듈(4)의 길이 방향에 따라 순차적으로 배열 설치될 수 있다. 물론, 다른 임의의 방식에 따라 배열될 수도 있다. 또한, 상기 다수의 이차 전지(5)는 체결구에 의해 고정될 수 있다.4 shows one exemplary battery module 4 . Referring to FIG. 4 , in the battery module 4 , a plurality of secondary batteries 5 may be sequentially arranged along the longitudinal direction of the battery module 4 . Of course, it may be arranged according to any other manner. In addition, the plurality of secondary batteries 5 may be fixed by fasteners.

선택적으로, 전지 모듈(4)은 다수의 이차 전지(5)가 수용되는 수용 공간이 있는 케이스를 더 포함할 수 있다.Optionally, the battery module 4 may further include a case having an accommodation space in which a plurality of secondary batteries 5 are accommodated.

일부 실시형태에서, 상기 전지 모듈은 또한 전지 팩으로 조립될 수 있고, 전지 팩에 포함된 전지 모듈의 개수는 하나 이상일 수 있으며, 구체적인 수는 당업자가 전지 팩의 응용 및 용량에 따라 선택할 수 있다.In some embodiments, the battery module may also be assembled into a battery pack, and the number of battery modules included in the battery pack may be one or more, and a specific number may be selected by a person skilled in the art according to the application and capacity of the battery pack.

도 5 및 도 6은 하나의 예시적인 전지 팩(10)을 도시한다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 전지 팩(10)은 전지 박스 및 전지 박스에 설치된 다수의 전지 모듈(4)을 포함할 수 있다. 전지 박스는 상부 박스 바디(11) 및 하부 박스 바디(12)를 포함하며, 상부 박스 바디(11)는 하부 박스 바디(12)에 씌움 설치되어, 전지 모듈(4)을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 다수의 전지 모듈(4)은 임의의 방식에 따라 전지 박스에 배열될 수 있다.5 and 6 show one exemplary battery pack 10 . Referring to FIGS. 5 and 6 , the battery pack 10 may include a battery box and a plurality of battery modules 4 installed in the battery box. The battery box includes an upper box body 11 and a lower box body 12, and the upper box body 11 is installed to cover the lower box body 12, creating an airtight space for accommodating the battery module 4. can form A plurality of battery modules 4 may be arranged in a battery box in any manner.

또한, 본 발명은, 본 발명에서 제공되는 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩 중 하나 이상을 포함하는 전기 장치를 더 제공한다. 상기 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩은 상기 장치의 전원으로 사용될 수 있으며, 상기 전기 장치의 에너지 저장 유닛으로 사용될 수 있다. 상기 전기 장치는 모바일 장치(예를 들어, 핸드폰, 노트북 컴퓨터 등), 전기 자동차(예를 들어, 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 전기 트럭 등), 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.In addition, the present invention further provides an electric device including at least one of the secondary battery, battery module or battery pack provided in the present invention. The secondary battery, battery module, or battery pack may be used as a power source of the device and may be used as an energy storage unit of the electric device. The electric device may include a mobile device (eg, a mobile phone, a laptop computer, etc.), an electric vehicle (eg, a pure electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, an electric bicycle, an electric scooter, an electric golf cart, an electric truck) etc.), electric trains, ships and satellites, energy storage systems, etc.

상기 전기 장치는 사용 필요에 따라 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩을 선택할 수 있다.The electric device may select a secondary battery, a battery module, or a battery pack according to usage needs.

도 7은 하나의 예시적인 전기 장치를 도시한다. 상기 전기 장치는 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기 자동차 등이다. 상기 전기 장치용 이차 전지의 고전력 및 고에너지 밀도에 대한 요구 사항을 충족시키 위해, 전지 팩 또는 전지 모듈을 사용할 수 있다.7 shows one exemplary electrical device. The electric device is a pure electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle. In order to meet the requirements for high power and high energy density of the secondary battery for the electric device, a battery pack or battery module may be used.

다른 예로서, 장치는 핸드폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등일 수 있다. 상기 장치는 통상적으로 가볍고 얇고 가벼운 것이 요구되며, 이차 전지를 전원으로 사용할 수 있다.As another example, the device may be a mobile phone, tablet computer, notebook computer, or the like. The device is typically required to be light, thin, and light, and a secondary battery may be used as a power source.

실시예Example

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 아래에 설명되는 실시예는 예시적인 것으로 본 발명을 해석하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 실시예에 특정 기술이나 조건이 명시되지 않은 경우 본 기술분야의 문헌에 설명된 기술이나 조건, 또는 제품 설명서에 따라 수행한다. 제조업체가 명시되지 않은 시약이나 기기는 시중에서 구할 수 있는 통상적인 제품이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. It should be understood that the examples described below are only for interpreting the present invention as illustrative and are not intended to limit the scope of the present invention. If specific techniques or conditions are not specified in the examples, they are performed according to techniques or conditions described in literature in the art or product specifications. Reagents or instruments for which manufacturers are not specified are commercially available commercially available products.

실시예 1Example 1

<양극 극판의 제조><Manufacture of positive electrode plate>

양극 활물질인 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, 도전제인 전도성 카본 블랙 및 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 96 : 2 : 2의 질량비로 혼합한 후, 용매로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하고, 시스템이 균일해질 때까지 진공 믹서의 작용 하에 교반하여 고형분 함량이 75 wt%인 양극 슬러리를 얻었다. 양극 슬러리를 두께가 12 μm인 알루미늄 호일의 일면에 균일하게 코팅하고, 120℃ 조건에서 건조시킨 후, 냉간 압착하여 양극 활물질층 두께가 60 μm인 양극 극판을 얻은 다음, 탭 성형, 슬리팅 등 공정을 거쳐 양극 극판을 얻었다.After mixing LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 as a cathode active material, conductive carbon black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder in a mass ratio of 96:2:2, N-methylpyrrolidone (as a solvent) NMP) was added, and the system was stirred under the action of a vacuum mixer until it was uniform to obtain a positive electrode slurry with a solid content of 75 wt%. The positive electrode slurry is uniformly coated on one side of aluminum foil having a thickness of 12 μm, dried at 120 ° C, and then cold pressed to obtain a positive electrode plate having a thickness of 60 μm of the positive electrode active material layer, followed by processes such as tab forming and slitting Through this, an anode plate was obtained.

<음극 극판의 제조><Manufacture of negative electrode plate>

<제1 음극 슬러리의 제조><Preparation of the first negative electrode slurry>

제1 음극 활물질, 탄소 재료인 인조흑연, 도전제인 전도성 카본 블랙, 바인더인 폴리아크릴산나트륨을 18 : 77 : 2 : 3의 질량비로 혼합한 후, 용매로서 탈이온수를 첨가하고, 시스템이 균일해질 때까지 진공 믹서의 작용 하에 교반하여 고형분 함량이 50 wt%인 제1 음극 슬러리를 얻었다.After mixing the first anode active material, artificial graphite as a carbon material, conductive carbon black as a conductive agent, and sodium polyacrylate as a binder in a mass ratio of 18:77:2:3, deionized water was added as a solvent, and when the system became uniform was stirred under the action of a vacuum mixer to obtain a first negative electrode slurry having a solid content of 50 wt%.

<제2 음극 슬러리의 제조><Preparation of the second negative electrode slurry>

제2 음극 활물질, 탄소 재료인 인조흑연, 도전제인 전도성 카본 블랙, 바인더인 폴리아크릴산나트륨을 7 : 87 : 2 : 4의 질량비로 혼합한 후, 용매로서 탈이온수를 첨가하고, 시스템이 균일해질 때까지 진공 믹서의 작용 하에 교반하여 고형분 함량이 50 wt%인 제2 음극 슬러리를 얻었다.After mixing the second anode active material, artificial graphite as a carbon material, conductive carbon black as a conductive agent, and sodium polyacrylate as a binder in a mass ratio of 7:87:2:4, deionized water was added as a solvent, and when the system became uniform was stirred under the action of a vacuum mixer to obtain a second negative electrode slurry having a solid content of 50 wt%.

<제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하는 음극 극판의 제조><Manufacture of negative electrode plate including first coating layer and second coating layer>

이중층 코팅 공정을 이용하여, 제조된 제1 음극 슬러리 및 제2 음극 슬러리를 두께가 8 μm인 구리 호일의 일면에 동시에 코팅하고, 110℃ 조건에서 건조시킨 후, 냉간 압착하여 제1 코팅층 두께 및 제2 코팅층 두께가 각각 25 μm인 음극 극판을 얻은 후, 탭 성형, 슬리팅 등 공정을 거쳐 음극 극판을 얻었다.Using the double layer coating process, the prepared first negative electrode slurry and the second negative electrode slurry are simultaneously coated on one side of a copper foil having a thickness of 8 μm, dried at 110 ° C., and then cold-pressed to obtain the thickness of the first coating layer and the second negative electrode slurry. After obtaining a negative electrode plate having a thickness of 25 μm, respectively, the negative electrode plate was obtained through processes such as tab forming and slitting.

<전해액의 제조><Preparation of Electrolyte>

수분 ?t량이 10 ppm 미만인 환경에서 비수계 유기 용매인 에틸렌카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트를 1 : 1 : 1의 부피비로 혼합하여 전해액 용매를 얻은 후, 리튬 염인 LiPF6을 혼합된 용매에 용해시켜 리튬 염 농도가 1 mol/L인 전해액을 조제하였다.In an environment where the water content is less than 10 ppm, non-aqueous organic solvents such as ethylene carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 1: 1 to obtain an electrolyte solvent, and then LiPF 6 , a lithium salt, is added to the mixed solvent. It was dissolved to prepare an electrolyte solution having a lithium salt concentration of 1 mol/L.

<분리막의 제조><Manufacture of separation membrane>

분리막은 두께가 9 μm인 폴리에틸렌 필름을 선택하고, 사용 전 양극 극판과 음극 극판의 사이즈에 따라 적절한 폭으로 슬리팅하였다.As the separator, a polyethylene film having a thickness of 9 μm was selected and slit to an appropriate width according to the size of the positive electrode plate and the negative electrode plate before use.

<리튬 이온 전지의 제조><Manufacture of lithium ion battery>

상기 양극 극판, 분리막, 음극 극판을 순차적으로 적층하여 분리막을 양극 극판과 음극 극판 사이에 위치시켜 절연 역할을 하도록 한 후, 권취하여 전극 어셈블리를 얻는다. 전극 어셈블리를 외부 포장 케이스에 넣고 건조시킨 후 전해액을 주입하고 진공 패키징, 방치, 화학형성 및 성형 등 공정을 거쳐 리튬 이온 전지를 얻는다.The positive electrode plate, the separator, and the negative electrode plate are sequentially stacked, the separator is placed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to serve as insulation, and then wound to obtain an electrode assembly. After putting the electrode assembly in an external packaging case and drying it, electrolyte is injected, and a lithium ion battery is obtained through processes such as vacuum packaging, leaving, chemical formation, and molding.

실시예 2 내지 실시예 11 Examples 2 to 11

<음극 극판의 제조>에서, 표 1에 나타낸 바와 같이 제1 음극 슬러리에서 O 원소와 Si 원소의 몰비를 조정하고, 제2 음극 슬러리에서 O 원소와 Si 원소의 몰비를 조정하였으며; 표 2에 나타낸 바와 같이 A1, A2 및 A1 : A2의 값을 조정하고; 표 3에 나타낸 바와 같이 제1 슬러리에서 제1 음극 활물질의 점유율, 제2 슬러리에서 제2 음극 활물질의 점유율, 제1 슬러리에서 바인더의 유형 및 점유율, 제2 슬러리에서 바인더의 유형 및 점유율, 제1 음극 슬러리에서 인조흑연 및 전도성 카본 블랙의 점유율, 제2 음극 슬러리에서 인조흑연 및 전도성 카본 블랙의 점유율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.In <Production of the negative electrode plate>, as shown in Table 1, the molar ratio of O element and Si element was adjusted in the first negative electrode slurry, and the molar ratio of O element and Si element in the second negative electrode slurry was adjusted; Adjust the values of A 1 , A 2 and A 1 : A 2 as shown in Table 2; As shown in Table 3, the share of the first negative electrode active material in the first slurry, the share of the second negative electrode active material in the second slurry, the type and share of the binder in the first slurry, the type and share of the binder in the second slurry, the first It is the same as Example 1 except that the share of artificial graphite and conductive carbon black in the anode slurry and the share of artificial graphite and conductive carbon black in the second anode slurry are adjusted.

실시예 12Example 12

<양극 극판의 제조> 및 <음극 극판의 제조>에서, 양극 활물질층 및 음극 활물질층에 각각 양면 코팅 공정을 적용하였는 바, 즉 양극 집전체 및 음극 집전체의 양측에 모두 활물질층을 설치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다. 여기서, 음극 집전체 양측의 활물질층은 각각 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함한다.In <Manufacture of positive electrode plate> and <Manufacture of negative electrode plate>, a double-sided coating process was applied to the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer, respectively, that is, the active material layers were installed on both sides of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. Except for the same as Example 1. Here, the active material layers on both sides of the negative current collector include a first coating layer and a second coating layer, respectively.

비교예 1Comparative Example 1

<음극 극판의 제조>가 실시예 2와 다른 것을 제외하고 나머지는 실시예 2와 동일하다.The rest is the same as in Example 2 except that <Manufacture of negative electrode plate> is different from Example 2.

<음극 극판의 제조><Manufacture of negative electrode plate>

실시예 2의 제1 음극 슬러리와 제2 음극 슬러리를 1 : 1의 질량비로 혼합하여 혼합 슬러리를 얻은 후, 두께가 8 μm인 구리 호일의 일면에 혼합 슬러리를 코팅하고, 110℃ 조건에서 건조시킨 후, 냉간 압착하여 음극 활물질층의 두께가 50 μm인 음극 극판을 얻은 다음, 탭 성형, 슬리팅 등 공정을 거쳐 음극 극판을 얻었다.After mixing the first anode slurry and the second cathode slurry of Example 2 in a mass ratio of 1: 1 to obtain a mixed slurry, the mixed slurry was coated on one side of copper foil having a thickness of 8 μm, and dried at 110 ° C. Then, cold pressing was performed to obtain a negative electrode plate having a negative electrode active material layer thickness of 50 μm, and then the negative electrode plate was obtained through processes such as tab forming and slitting.

비교예 2 내지 비교예 6 Comparative Examples 2 to 6

<음극 극판의 제조>에서, 표 1에 나타낸 바와 같이 제1 음극 슬러리에서 O 원소와 Si 원소의 몰비를 조정하고, 제2 음극 슬러리에서 O 원소와 Si 원소의 몰비를 조정하였으며; 표 2에 나타낸 바와 같이 A1, A2 및 A1 : A2의 값을 조정하고; 표 3에 나타낸 바와 같이 제1 슬러리에서 제1 음극 활물질의 점유율, 제2 슬러리에서 제2 음극 활물질의 점유율, 제1 슬러리에서 바인더의 유형 및 점유율, 제2 슬러리에서 바인더의 유형 및 점유율, 제1 음극 슬러리에서 인조흑연 및 전도성 카본 블랙의 점유율, 제2 음극 슬러리에서 인조흑연 및 전도성 카본 블랙의 점유율을 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.In <Production of the negative electrode plate>, as shown in Table 1, the molar ratio of O element and Si element was adjusted in the first negative electrode slurry, and the molar ratio of O element and Si element in the second negative electrode slurry was adjusted; Adjust the values of A 1 , A 2 and A 1 : A 2 as shown in Table 2; As shown in Table 3, the share of the first negative electrode active material in the first slurry, the share of the second negative electrode active material in the second slurry, the type and share of the binder in the first slurry, the type and share of the binder in the second slurry, the first It is the same as Example 1 except that the share of artificial graphite and conductive carbon black in the anode slurry and the share of artificial graphite and conductive carbon black in the second anode slurry are adjusted.

상기 실시예 1 내지 12, 비교예 1 내지 6의 관련 파라미터를 하기 표 1 내지 표 3에 나타내었다. 여기서, 제1 음극 슬러리에서 O 원소와 Si 원소의 몰비, 제2 음극 슬러리에서 O 원소와 Si 원소의 몰비는 표 1에 나타낸 바와 같고; A1, A2 및 A1 : A2의 값은 표 2에 나타낸 바와 같다. 제1 슬러리에서 제1 음극 활물질의 점유율, 제2 슬러리에서 제2 음극 활물질의 점유율, 제1 슬러리에서 바인더의 유형 및 점유율, 제2 슬러리에서 바인더의 유형 및 점유율, 제1 음극 슬러리에서 인조흑연 및 전도성 카본 블랙의 점유율, 제2 음극 슬러리에서 인조흑연 및 전도성 카본 블랙의 점유율은 표 3에 나타낸 바와 같다.The related parameters of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in Tables 1 to 3 below. Here, the mole ratio of O element and Si element in the first negative electrode slurry and the mole ratio of O element and Si element in the second negative electrode slurry are as shown in Table 1; The values of A 1 , A 2 and A 1 : A 2 are as shown in Table 2. The share of the first negative electrode active material in the first slurry, the share of the second negative electrode active material in the second slurry, the type and share of the binder in the first slurry, the type and share of the binder in the second slurry, the artificial graphite and The share of conductive carbon black and the share of artificial graphite and conductive carbon black in the second anode slurry are shown in Table 3.

[표 1] 실시예 1 내지 12, 비교예 1 내지 6의 관련 파라미터[Table 1] Related parameters of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6

제1 음극 슬러리First cathode slurry 제2 음극 슬러리Second cathode slurry 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 존재 여부Existence of the first coating layer and the second coating layer 제1 음극 활물질의 O : Si 비율O: Si ratio of the first negative electrode active material 제2 음극 활물질의 O : Si 비율O: Si ratio of the second negative electrode active material 실시예 1Example 1 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 2Example 2 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 3Example 3 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 4Example 4 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 5Example 5 1.5 : 11.5:1 0.3 : 10.3 : 1 yes 실시예 6Example 6 0.5 : 10.5 : 1 0.05 : 10.05 : 1 yes 실시예 7Example 7 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 8Example 8 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 9Example 9 1 : 11:1 0 : 1(단일 규소)0 : 1 (single silicon) yes 실시예 10Example 10 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 11Example 11 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 실시예 12Example 12 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 비교예 1Comparative Example 1 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 아니오no 비교예 2Comparative Example 2 1 : 11:1 1 : 11:1 yes 비교예 3Comparative Example 3 0.1 : 10.1:1 1 : 11:1 yes 비교예 4Comparative Example 4 1.85 : 11.85:1 0.1 : 10.1:1 yes 비교예 5Comparative Example 5 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes 비교예 6Comparative Example 6 1 : 11:1 0.1 : 10.1:1 yes

[표 2] 실시예 1 내지 12, 비교예 1 내지 6의 관련 파라미터[Table 2] Related parameters of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6

A1 : A2 A 1 : A 2 A1(mAh/g) A1 (mAh/g) A2(mAh/g) A2 (mAh/g) 실시예 1Example 1 1.011.01 549549 546546 실시예 2Example 2 1.011.01 605605 601601 실시예 3Example 3 1.011.01 860860 853853 실시예 4Example 4 1.021.02 964964 941941 실시예 5Example 5 1.021.02 565565 553553 실시예 6Example 6 1.031.03 690690 672672 실시예 7Example 7 0.810.81 605605 743743 실시예 8Example 8 1.201.20 686686 574574 실시예 9Example 9 1.001.00 605605 602602 실시예 10Example 10 1.011.01 605605 601601 실시예 11Example 11 1.021.02 607607 598598 실시예 12Example 12 1.011.01 549549 546546 비교예 1Comparative Example 1 1.011.01 605605 601601 비교예 2Comparative Example 2 1.001.00 605605 605605 비교예 3Comparative Example 3 0.990.99 601601 605605 비교예 4Comparative Example 4 0.990.99 460460 467467 비교예 5Comparative Example 5 0.640.64 549549 853853 비교예 6Comparative Example 6 1.581.58 860860 546546

[표 3] 실시예 1 내지 12, 비교예 1 내지 6의 관련 파라미터[Table 3] Related parameters of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6

Figure pct00001
Figure pct00001

Figure pct00002
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또한, 상기 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 리튬 이온 전지, 및 상기 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 6의 음극 활물질을 이용하여 제조된 버튼형 전지에 대해 성능 테스트를 수행하였다. 테스트 결과는 하기 표 4에 나타낸 바와 같다.In addition, performance tests were performed on the lithium ion batteries prepared in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6, and the button-type batteries prepared using the anode active materials of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6. did The test results are shown in Table 4 below.

에너지 밀도 테스트: Energy density test :

테스트 온도는 25℃이고, 각 실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이온 전지를 먼저 0.33C 레이트의 정전류로 4.25V까지 충전한 후, 정전압에서 0.05C까지 충전하고, 5분 동안 방치한 후 0.33C에서 2.8V까지 방전시켰다. 방전 에너지를 기록한 후, 다음 공식 에너지 밀도(Wh/kg) = 방전 에너지(Wh)/전기 화학 장치 중량(kg)에 따라 0.33C에서 방전 에너지 밀도를 계산하였다.The test temperature was 25 ° C., and the lithium ion battery prepared in each Example and Comparative Example was first charged to 4.25V at a constant current of 0.33C rate, then charged to 0.05C at a constant voltage, left for 5 minutes, and then 0.33C discharged to 2.8V. After recording the discharge energy, the discharge energy density at 0.33 C was calculated according to the following formula energy density (Wh/kg) = discharge energy (Wh)/weight of the electrochemical device (kg).

사이클 수명 테스트: Cycle life test :

테스트 온도는 25℃이고, 각 실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이온 전지를 0.33C의 정전류로 4.25V까지 충전한 후, 정전압에서 0.05C까지 충전하고, 10분 동안 방치한 후 0.33C에서 2.8V까지 방전시켰다. 이러한 단계에서 얻은 용량은 초기 용량이고, 0.33C의 정전류로 4.25V까지 충전하고, 4.25V의 정전압에서 0.05C로 충전하였으며, 0.33C에서 2.8V까지 방전시켜 사이클 테스트를 수행하였다. 초기 용량에 대한 각 단계의 용량의 비율을 취하여 용량 감쇠 곡선을 얻었다. 전지의 사이클 수명은 용량 유지율이 80%가 될 때 25℃에서 사이클 수로 기록하였다.The test temperature is 25 ° C., and the lithium ion battery prepared in each example and comparative example is charged to 4.25V with a constant current of 0.33C, charged to 0.05C at a constant voltage, left for 10 minutes, and then charged at 2.8V at 0.33C. discharged to V. The capacity obtained in this step is the initial capacity, and a cycle test was performed by charging up to 4.25V with a constant current of 0.33C, charging up to 0.05C at a constant voltage of 4.25V, and discharging up to 2.8V at 0.33C. The dose decay curve was obtained by taking the ratio of the dose at each stage to the initial dose. The cycle life of the battery was recorded as the number of cycles at 25° C. when the capacity retention rate reached 80%.

첫번째 충방전 효율 테스트: First charge and discharge efficiency test :

각 실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이온 전지에 대해 Neware CT-4000 파워 전지 검출 시스템으로 충방전 테스트를 수행하고, 리튬 이온 전지의 첫 번째 충방전 효율을 계산하였다.A charge/discharge test was performed with a Neware CT-4000 power battery detection system for the lithium ion battery prepared in each Example and Comparative Example, and the first charge/discharge efficiency of the lithium ion battery was calculated.

첫 번째 효율 계산 방식은 (C1/C2) × 100%이고, 여기서, C1은 첫 번째 충전 시 리튬 이온 전지의 용량이며, 충전 프로세스는 4.25V 전압까지0.33 C 정전류로 충전한 후, 4.25V 정전압으로 0.05C까지 충전하였다. C2는 전술한 프로세스에 따라 리튬 이온 전지를 처음 충전한 후, 전압이 2.8V에 대응되는 용량이 될 때까지 0.33 C로 방전하였다.The first efficiency calculation method is (C 1 /C 2 ) × 100%, where C 1 is the capacity of the lithium-ion battery at the first charge, and the charging process is 4.25 C after charging with 0.33 C constant current to a voltage of 4.25 V It was charged up to 0.05C with a V constant voltage. After first charging the lithium ion battery according to the process described above, C 2 was discharged at 0.33 C until the voltage reached a capacity corresponding to 2.8V.

가중 그램 용량 테스트: Weighted gram capacity test :

실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 6에서 음극 극판의 상이한 코팅층의 가중 그램 용량은 하기 방식으로 얻는다.The weighted gram capacity of the different coating layers of the negative electrode plate in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6 was obtained in the following manner.

음극 활물질(예를 들어, 실리콘계 재료, 인조흑연 재료)과 도전제인 전도성 카본 블랙 및 바인더인 PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드)를 80 : 10 : 10의 비율로 혼합하고, 탈이온수를 첨가한 후 교반하여 고형분 함량이 50 wt%인 슬러리를 형성하고, 스크레이퍼를 이용하여 집전체 표면에 50 μm 두께의 코팅층을 코팅하였다. 85℃ 조건에서 12시간 동안 진공 건조 오븐에서 건조시킨 후, 펀칭기를 이용하여 건조 환경에서 직경이 1 cm인 원형 극판로 절단하였다. 글로브 박스에서 금속 리튬 극판을 상대 전극으로 사용하였으며, 분리막으로서 PE(폴리에틸렌) 복합 필름을 선택하고, 전해액을 첨가하여 버튼형 전지로 조립한 후, 테스트된 상기 활성 성분의 가역적 그램 용량은 충방전 테스트 방법을 통해 계산하였다. 제1 코팅층 또는 제2 코팅층의 활물질의 가중 그램 용량은 다음의 표현식 A = x1 × n1 + x2 × n2(mAh/g)에 의해 계산된다. 여기서, x1 및 x2는 각각 활물질에서 실리콘계 재료와 탄소 재료의 질량비이고, x1 + x2 = 1이며, n1은 실리콘계 재료의 가역적 그램 용량을 나타내고, 단위는 mAh/g이며, n2는 인조흑연 재료의 가역적 그램 용량을 나타내고, 단위는 mAh/g이다.Anode active material (e.g., silicon-based material, artificial graphite material), conductive carbon black as a conductive agent, and PVDF (polyvinylidene fluoride) as a binder are mixed in a ratio of 80: 10: 10, deionized water is added, and stirring Thus, a slurry having a solid content of 50 wt% was formed, and a coating layer having a thickness of 50 μm was coated on the surface of the current collector using a scraper. After drying in a vacuum drying oven at 85° C. for 12 hours, it was cut into circular electrode plates having a diameter of 1 cm in a drying environment using a punching machine. In a glove box, a metal lithium electrode plate was used as a counter electrode, a PE (polyethylene) composite film was selected as a separator, and an electrolyte was added to assemble it into a button-type battery. The reversible gram capacity of the active ingredient tested was was calculated through The weighted gram capacity of the active material of the first coating layer or the second coating layer is calculated by the following expression A = x 1 x n 1 + x 2 x n 2 (mAh/g). Here, x 1 and x 2 are the mass ratios of the silicon-based material and the carbon material in the active material, respectively, x 1 + x 2 = 1, n 1 represents the reversible gram capacity of the silicon-based material, the unit is mAh/g, and n 2 represents the reversible gram capacity of the artificial graphite material, and the unit is mAh/g.

표 4: 실시예 1 내지 12와 비교예 1 내지 6의 성능 테스트 결과Table 4: Performance test results of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 6

첫 번째 충방전 효율First charge and discharge efficiency 에너지 밀도(Wh/kg)Energy density (Wh/kg) 사이클 수명(사이클)Cycle life (cycles) 실시예 1Example 1 90%90% 280280 13001300 실시예 2Example 2 88%88% 300300 10001000 실시예 3Example 3 86%86% 330330 700700 실시예 4Example 4 84%84% 360360 550550 실시예 5Example 5 83%83% 270270 14001400 실시예 6Example 6 89%89% 320320 850850 실시예 7Example 7 88%88% 300300 900900 실시예 8Example 8 88%88% 300300 950950 실시예 9Example 9 90%90% 305305 950950 실시예 10Example 10 88%88% 300300 850850 실시예 11Example 11 88%88% 300300 900900 실시예 12Example 12 90%90% 285285 13001300 비교예 1Comparative Example 1 88%88% 300300 550550 비교예 2Comparative Example 2 72%72% 250250 10501050 비교예 3Comparative Example 3 88%88% 300300 200200 비교예 4Comparative Example 4 76%76% 250250 12001200 비교예 5Comparative Example 5 87%87% 300300 600600 비교예 6Comparative Example 6 85%85% 300300 550550

상기 결과에 따르면, 실시예 1 내지 12의 리튬 이온 전지의 음극 극판은 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 포함하는 바, 즉 다층 구조를 구비한다. 여기서 제2 코팅층의 일측은 집전체이며, 제2 코팅층의 타측은 상기 제1 코팅층이다. 제1 코팅층 및 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 본 발명의 범위 내에 있고, 리튬 이온 전지는 에너지 밀도 및 1차 쿨롱 효율이 우수함과 동시에 사이클 수명도 양호함을 알 수 있다.According to the above results, the negative electrode plates of the lithium ion batteries of Examples 1 to 12 include a first coating layer and a second coating layer, that is, have a multilayer structure. Here, one side of the second coating layer is a current collector, and the other side of the second coating layer is the first coating layer. It can be seen that the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material in the first coating layer and the second coating layer is within the scope of the present invention, and the lithium ion battery has excellent energy density and primary coulombic efficiency and good cycle life. .

실시예 1 내지 4로부터, 음극 극판의 각 코팅층의 실리콘계 재료의 산소와 규소 원소 비율을 결정한 후, 음극 극판에서 실리콘계 재료의 함량이 증가함에 따라 음극 극판의 가중 그램 용량이 향상되고, 나아가 리튬 이온 전지의 에너지 밀도가 향상됨을 보아낼 수 있다.From Examples 1 to 4, after determining the oxygen and silicon element ratio of the silicon-based material of each coating layer of the negative electrode plate, as the content of the silicon-based material in the negative electrode plate increases, the weighted gram capacity of the negative electrode plate is improved, further lithium ion battery It can be seen that the energy density of

실시예 2, 5, 6, 9로부터, 음극 극판의 각 코팅층에서 실리콘계 재료의 점유율이 상대적으로 고정된 경우, 제1 코팅층 및 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 산소와 규소 원소의 몰비가 증가함에 따라 리튬 이온 전지의 사이클 수명이 향상되고, 에너지 밀도와 1차 쿨롱 효율이 감소하는 추세를 보였으나 감소는 분명하지 않음을 보아낼 수 있다.From Examples 2, 5, 6, and 9, when the occupancy of the silicon-based material is relatively fixed in each coating layer of the negative electrode plate, as the molar ratio of oxygen and silicon element of the silicon-based material in the first coating layer and the second coating layer increases, It can be seen that the cycle life of the ion battery improved, and the energy density and primary coulombic efficiency showed a decreasing trend, but the decrease was not clear.

실시예 1 내지 12로부터, 또한 각 코팅층에서 실리콘계 재료의 점유율을 제어함으로써, 제1 코팅층의 가중 그램 용량(A1)과 제2 코팅층의 가중 그램 용량(A2)의 비율 A1 : A2가 본 발명의 범위 내에 있을 때, 리튬 이온 전지는 높은 에너지 밀도, 높은 1차 쿨롱 효율 및 긴 사이클 수명을 겸비함을 보아낼 수 있다.From Examples 1 to 12, and also by controlling the occupancy of the silicon-based material in each coating layer, the ratio A 1 : A 2 of the weighted gram capacity (A 1 ) of the first coating layer and the weighted gram capacity (A 2 ) of the second coating layer is Within the scope of the present invention, it can be seen that lithium ion batteries combine high energy density, high primary coulombic efficiency and long cycle life.

실시예 1 내지 9 및 11 내지 12로부터, 또한 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 모두 폴리아크릴레이트계 바인더(예를 들어, 폴리아크릴산나트륨)를 사용하는 경우, 상기 제1 코팅층에서 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량이 상기 제2 코팅층에서의 함량보다 적으면, 리튬 이온 전지는 사이클 수명이 보다 우수함을 보아낼 수 있다.From Examples 1 to 9 and 11 to 12, furthermore, when both the first coating layer and the second coating layer use a polyacrylate-based binder (eg, sodium polyacrylate), the polyacrylate-based binder in the first coating layer When the content of is less than the content in the second coating layer, the lithium ion battery may exhibit better cycle life.

제1 코팅층, 제2 코팅층에서 바인더의 종류와 함량은 일반적으로 리튬 이온 전지의 성능에도 영향을 미친다. 실시예 1 내지 12로부터, 바인더의 종류와 함량이 본 발명의 범위 내에 있는 한 에너지 밀도와 1차 쿨롱 효율이 우수함과 동시에 사이클 수명도 양호한 리튬 이온 전지를 얻을 수 있음을 보아낼 수 있다.The type and content of the binder in the first coating layer and the second coating layer generally affect the performance of the lithium ion battery. From Examples 1 to 12, it can be seen that a lithium ion battery having excellent energy density and primary coulombic efficiency and good cycle life can be obtained as long as the type and content of the binder are within the scope of the present invention.

이와 비교하여, 비교예 1의 음극 극판은 실시예 2의 제1 코팅층의 슬러리 및 제2 활성 코팅층의 슬러리를 균일하게 혼합한 후 코팅하여 얻은 것으로, 이러한 음극 극판의 실리콘계 재료의 유형 및 조성은 집전체에 수직인 방향에서 모두 동일하며, 따라서 비교예 1의 에너지 밀도 및 1차 쿨롱 효율은 기본적으로 실시예 2와 동일하다. 그러나 본 발명의 이중 코팅층 구조를 구비하지 않으므로, 리튬 이온 전지는 사이클링 과정에서 집전체에 가까운 표면의 산소와 규소 원소 비율이 0.1 : 1인 실리콘계 재료(즉, 제2 음극 활물질)의 가역적 용량이 급속히 감쇠되어 비교예 1의 리튬 이온 전지의 사이클 수명이 550 사이클에 불과하고, 사이클 수명이 효과적으로 향상되지 않아 리튬 이온 전지 수명에 대한 많은 응용 시나리오의 요구 사항을 만족시키기 어렵다.In comparison, the negative electrode plate of Comparative Example 1 was obtained by coating after uniformly mixing the slurry of the first coating layer and the slurry of the second active coating layer of Example 2, and the type and composition of the silicon-based material of the negative electrode plate are All are the same in the direction perpendicular to the whole, and therefore the energy density and primary coulombic efficiency of Comparative Example 1 are basically the same as those of Example 2. However, since the double-coated layer structure of the present invention is not provided, in the lithium ion battery, the reversible capacity of the silicon-based material (i.e., the second negative electrode active material) having a ratio of oxygen and silicon elements of 0.1:1 on the surface close to the current collector rapidly increases during the cycling process. Attenuated, the cycle life of the lithium ion battery of Comparative Example 1 was only 550 cycles, and the cycle life was not effectively improved, making it difficult to meet the requirements of many application scenarios for the life of the lithium ion battery.

비교예 2에서 사용된 제1 코팅층 및 제2 코팅층에서 실리콘계 재료의 산소와 규소 원소 몰비는 모두 1 : 1이며, 얻어진 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율은 72%로 감소하고, 리튬 이온 전지의 에너지 밀도는 250 Wh/kg에 불과하며, 이는 음극에 실리콘계 재료를 사용하지 않는 리튬 이온 전지에 비해 에너지 밀도 측면에서 큰 우세가 없으므로 높은 에너지 밀도에 대한 시나리오의 요구 사항을 만족시키기 어렵다.In the first coating layer and the second coating layer used in Comparative Example 2, the oxygen and silicon element molar ratios of the silicon-based material were all 1:1, and the primary coulombic efficiency of the obtained lithium ion battery decreased to 72%, and the energy of the lithium ion battery The density is only 250 Wh/kg, which does not have a significant advantage in terms of energy density compared to lithium-ion batteries that do not use silicon-based materials for the negative electrode, so it is difficult to meet the scenario requirements for high energy density.

비교예 3의 음극 극판에 사용된 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 산소와 규소 원소 몰비는 실시예 2와 반대이고, 얻어진 리튬 이온 전지의 가역적 용량이 사이클링 과정에서 급격히 감쇠되며, 리튬 이온 전지의 사이클 수명은 200 사이클에 불과하여 사이클 수명이 효과적으로 향상되지 않아 리튬 이온 전지 수명에 대한 많은 응용 시나리오의 요구 사항을 만족시키기 어렵다.The molar ratio of oxygen and silicon elements in the first coating layer and the second coating layer used in the negative electrode plate of Comparative Example 3 is opposite to that in Example 2, and the reversible capacity of the obtained lithium ion battery is rapidly attenuated in the cycling process, and the cycle of the lithium ion battery The lifetime is only 200 cycles, and the cycle life is not effectively improved, making it difficult to meet the requirements of many application scenarios for lithium-ion battery life.

비교예 4에 사용된 제1 코팅층에서 실리콘계 재료의 산소와 규소 원소 비율은 1.85 : 1이고, 얻어진 리튬 이온 전지의 1차 쿨롱 효율이 극히 낮으며, 전지의 에너지 밀도는 250 Wh/kg에 불과하고, 실리콘계 재료를 사용하지 않은 리튬 이온 전지와 비교하여 아무런 우세가 없으므로 높은 에너지 밀도에 대한 시나리오의 요구 사항을 만족시키기 어렵다.In the first coating layer used in Comparative Example 4, the oxygen and silicon element ratio of the silicon-based material is 1.85: 1, the primary coulombic efficiency of the obtained lithium ion battery is extremely low, and the energy density of the battery is only 250 Wh/kg , compared with lithium-ion batteries that do not use silicon-based materials, they have no advantage, making it difficult to satisfy the scenario's requirement for high energy density.

비교예 5, 6에서 음극 극판의 제1 코팅층의 가중 그램 용량(A1)과 제2 코팅층의 가중 그램 용량(A2)의 비는 본 발명의 범위를 벗어나 리튬 이온 전지의 사이클 수명이 감소된다. 이는 비교예 5, 6의 리튬 이온 전지의 리튬 디인터칼레이션 과정에서 제1 코팅층과 제2 코팅층의 팽창 응력 차이가 크기 때문일 수 있으며, 제1 코팅층과 제2 코팅층 사이의 계면 상용성이 열등하고 심지어 제1 코팅층의 일부 영역이 제2 코팅층에서 탈리되어 사이클링 과정에서 제1 코팅층의 일부 활물질이 전도성 네트워크에서 탈리될 수 있어 리튬 이온 전지의 사이클 수명에 영향을 미친다.In Comparative Examples 5 and 6, the ratio of the weighted gram capacity (A 1 ) of the first coating layer of the negative electrode plate to the weighted gram capacity (A 2 ) of the second coating layer is out of the scope of the present invention, and the cycle life of the lithium ion battery is reduced. . This may be due to the large difference in expansion stress between the first coating layer and the second coating layer in the lithium deintercalation process of the lithium ion batteries of Comparative Examples 5 and 6, and the interfacial compatibility between the first coating layer and the second coating layer is inferior. Even a part of the first coating layer is detached from the second coating layer, and some active materials of the first coating layer may be detached from the conductive network during the cycling process, affecting the cycle life of the lithium ion battery.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않음에 유의해야 한다. 상술한 실시형태는 예시일 뿐이며, 본 발명의 기술적 해결방안 범위 내에서 기술적 사상과 동일한 구성을 갖고 동일한 작용 및 효과를 발휘하는 실시형태는 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자가 착상할 수 있는 다양한 변형을 실시형태로 가할 수 있고, 실시형태의 구성 요소 중 일부를 조합하여 구성된 다른 형태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is only an example, and all embodiments having the same configuration as the technical idea and exhibiting the same action and effect within the scope of the technical solution of the present invention are included in the technical scope of the present invention. In addition, various modifications that can be conceived by those skilled in the art can be made to the embodiments without departing from the gist of the present invention, and other forms formed by combining some of the components of the embodiments are also included within the scope of the present invention.

1: 제1 코팅층
2: 제2 코팅층
3: 집전체
4: 전지 모듈
5: 이차 전지
10: 전지 팩
11: 상부 박스 바디
12: 하부 박스 바디
51: 케이스
52: 전극 어셈블리
53: 커버판.
1: first coating layer
2: second coating layer
3: current collector
4: battery module
5: secondary battery
10: battery pack
11: upper box body
12: lower box body
51: case
52: electrode assembly
53: cover plate.

Claims (13)

음극 극판으로서,
제1 코팅층, 제2 코팅층 및 집전체를 포함하고, 상기 제2 코팅층의 일측은 상기 집전체이며, 상기 제2 코팅층의 타측은 상기 제1 코팅층이고, 상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층은 실리콘계 재료를 포함하며, 상기 제1 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.5 내지 1.5이고, 상기 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.3이하인 음극 극판.
As a negative electrode plate,
It includes a first coating layer, a second coating layer and a current collector, one side of the second coating layer is the current collector, the other side of the second coating layer is the first coating layer, and the first coating layer and the second coating layer are silicon-based. A negative electrode plate comprising a material, wherein the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the first coating layer is 0.5 to 1.5, and the molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer is 0.3 or less.
제1항에 있어서,
상기 제2 코팅층의 실리콘계 재료의 O 원소와 Si 원소의 몰비는 0.05 내지 0.2인 음극 극판.
According to claim 1,
The negative electrode plate having a molar ratio of O element and Si element of the silicon-based material of the second coating layer is 0.05 to 0.2.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)과 상기 제2 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A2) 간에는 0.8 ≤ A1 : A2 ≤ 1.2를 만족시키는 음극 극판.
According to claim 1 or 2,
A negative electrode plate that satisfies 0.8 ≤ A 1 : A 2 ≤ 1.2 between the weighted gram capacity (A 1 ) of the active material of the first coating layer and the weighted gram capacity (A 2 ) of the active material of the second coating layer.
제3항에 있어서,
상기 제1 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A1)은 500 mAh/g 내지 1000 mAh/g이고, 상기 제2 코팅층 활물질의 가중 그램 용량(A2)은 500 mAh/g 내지 1000 mAh/g인 음극 극판.
According to claim 3,
A weighted gram capacity (A 1 ) of the active material of the first coating layer is 500 mAh/g to 1000 mAh/g, and a weighted gram capacity (A 2 ) of the active material of the second coating layer is 500 mAh/g to 1000 mAh/g. play.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 코팅층에서 상기 실리콘계 재료의 함량은 18 wt% 내지 55 wt%이고, 상기 제2 코팅층에서 상기 실리콘계 재료의 함량은 7 wt% 내지 21 wt%인 음극 극판.
According to any one of claims 1 to 4,
The content of the silicon-based material in the first coating layer is 18 wt% to 55 wt%, and the content of the silicon-based material in the second coating layer is 7 wt% to 21 wt%.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 코팅층은 제1 바인더를 포함하고, 상기 제2 코팅층은 제2 바인더를 포함하는 음극 극판.
According to any one of claims 1 to 5,
The negative electrode plate of claim 1 , wherein the first coating layer includes a first binder, and the second coating layer includes a second binder.
제6항에 있어서,
상기 제1 바인더 및 상기 제2 바인더는 각각 독립적으로 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 알긴산나트륨, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 글리콜, 카르복시메틸 키토산 및 스티렌부타디엔 고무 중 적어도 하나를 포함하는 음극 극판.
According to claim 6,
The first binder and the second binder each independently include at least one of polyacrylic acid, polyacrylate, sodium alginate, polyacrylonitrile, polyethylene glycol, carboxymethyl chitosan, and styrene-butadiene rubber.
제6항에 있어서,
상기 제1 바인더 및 상기 제2 바인더는 모두 폴리아크릴레이트계 바인더를 포함하고, 상기 제1 코팅층에서 상기 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 상기 제2 코팅층에서의 함량보다 적은 음극 극판.
According to claim 6,
The first binder and the second binder both include a polyacrylate-based binder, and an amount of the polyacrylate-based binder in the first coating layer is less than an amount in the second coating layer.
제8항에 있어서,
상기 제1 코팅층에서 상기 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 3 wt% 내지 6 wt%이고, 상기 제2 코팅층에서 상기 폴리아크릴레이트계 바인더의 함량은 4 wt% 내지 7 wt%인 음극 극판.
According to claim 8,
The content of the polyacrylate-based binder in the first coating layer is 3 wt% to 6 wt%, and the content of the polyacrylate-based binder in the second coating layer is 4 wt% to 7 wt%.
이차 전지로서,
제 1항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 음극 극판을 포함하는 이차 전지.
As a secondary battery,
A secondary battery comprising the negative electrode plate according to any one of claims 1 to 9.
전지 모듈로서,
제10항에 따른 이차 전지를 포함하는 전지 모듈.
As a battery module,
A battery module comprising the secondary battery according to claim 10 .
전지 팩으로서,
제11항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
As a battery pack,
A battery pack comprising the battery module according to claim 11 .
전기 장치로서,
제10항에 따른 이차 전지, 제11항에 따른 전지 모듈 또는 제12항에 따른 전지 팩으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기 장치.
As an electrical device,
An electric device including at least one selected from the secondary battery according to claim 10, the battery module according to claim 11, or the battery pack according to claim 12.
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